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Verfahren zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Aerosolen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomassen und Abfaellen

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von Verfahrenskonzepten zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Feinstpartikeln und Schadgasen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse und Abfaellen. Das Vorhaben umfasst sowohl die Vermeidung der Aerosolbildung beim Verbrennungsprozess als auch die Verminderung von Schadstoffemissionen bei der Abgasreinigung. Im ersten Teil werden die Bildungs- und Umwandlungsmechanismen von Feinstpartikeln in Laborversuchen zur Verbrennung und Gasreinigung untersucht. Auf der Basis der experimentellen Daten werden bereits vorhandene Rechenmodelle weiterentwickelt. Diese Ergebnisse dienen zur Definition des optimalen Verfahrenskonzeptes, dessen wesentliche Schritte (Verbrennungsprozess und Aerosolabscheidung) im zweiten Teil des Vorhabens im Pilotmassstab an einer Holzfeuerungsanlage und einer Abfallverbrennungsanlage getestet werden. Unter Beruecksichtigung der Ergebnisse der anwendungsnahen Verfahrenstests werden die Rechenmodelle optimiert und die experimentellen Ergebnisse nachgerechnet. Die validierten Rechenmodelle dienen nach Abschluss des Vorhabens Anlagenbaufirmen zur Auslegung und zur Konstruktion der optimalen Verfahren zur Vermeidung und Verminderung von Aerosolen bei der energetischen Nutzung von Biomasse und Abfall.

Erstellung eines mechanistischen Transportmodells fuer Spaltprodukte

Zur Vervollstaendigung von integralen Stoerfallanalysecodes, mit deren Hilfe die thermodynamischen, aerosolphysikalischen, radiologischen und chemischen Prozesse in einem Reaktor-Containment nach einem schweren Stoerfall simuliert werden, wird ein mechanistisches Transportmodell fuer Spaltprodukte erstellt. Zu Beginn des Projekts lag der Hauptschwerpunkt der Arbeiten in der qualitativen und quantitativen Beschreibung des Austrags von leichtfluechtigen Schadstoffen durch diffusive und konvektive Gasphasentransportprozesse. Darueber hinaus wurde der Austrag von suspendierten Feststoffpartikeln durch Tropfenabriss von Fluessigkeitsoberflaechen durch eine Gasstroemung analysiert. In den laufenden Arbeiten wird nunmehr die mechanische Freisetzung von Kuehlmittel und schwer fluechtigen Radionukliden insbesondere auch durch Zerplatzen von Blasen an Fluessigkeitsoberflaechen unter Beruecksichtigung physikalischer und chemischer Prozesse waehrend des Stoerfallablaufs untersucht.

Energieeffiziente Aerosolabscheidung mittels heterogener Kondensation (HetKond)

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Sprühwäscher finden in der Industrie und im Energiesektor Anwendung zur Gaswäsche. Die Erfahrung zeigt, dass hierbei aufgrund von Trägheitseffekten Partikel größer 1 µm Durchmesser abgeschieden werden können, kleinere jedoch nicht. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es, auch submikrone Partikel in Sprühwäschern abzuscheiden - durch Herbeiführung heterogener Kondensation, durch gezielte Gas- und Waschwasserführung im Sprühwäscher und mit der Erweiterung um Trayeinbauten. Das Anliegen des Projektkonsortiums ist es technische Lösungen zur Aerosolabscheidung in Biomasseverfeuerungen (halmgutartige Brennstoffe) zu erforschen, die zeitnah in die praktische Umsetzung gelangen können - dieses Potential ist beim Sprühwäscher gegeben. Weiterhin soll dieses Forschungsvorhaben auch die wissenschaftlichen Grundlagen für neuartige Verfahren zur Aerosolabscheidung mittels heterogener Kondensation schaffen. Zu den Grundlagen zählen insbesondere die Aktivierbarkeit von Aerosolen aus Biomassefeuerungen. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: In einem ersten Arbeitsschritt wurde an einem völlig neuartigen Prüfstand untersucht, inwieweit sich Aerosolpartikel aus der Verbrennung halmgutartiger Biomasse (insbesondere Stroh) prinzipiell aktivieren lassen bzw. ob an deren Oberfläche heterogene Kondensation auftreten kann und welche Übersättigungen hierfür erforderlich sind. Die Ergebnisse sollten daraufhin in die Randbedingungen und Parameter für Sprühwäscher überführt werden, um somit eine optimierte Betriebsweise zu finden (große Übersättigungen bei geringem Energieaufwand). Im Rahmen einer Parameterstudie sollten die Abscheideraten im Sprühwäscher identifiziert und die Sensitivität der Parameter untersucht werden. Abschließend sollten Messungen an einem hierfür speziell entwickelten elektrostatischen Abscheider durchgeführt werden, welcher als Referenzgerät zum Sprühwäscher diente. Dies erlaubte vergleichende Betrachtungen der Verfahren (Investitions-, Betriebskosten und Umweltwirkung).

Abscheide-Mechanismen für Kohlenstoff-Aerosole (AMEKA)

Aerosolverhalten bei schweren Störfällen in Kernkraftwerken (SAAB II)

Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen das Abbauverhalten unter transienten Einspeisebedingungen, die Wechselwirkungen zwischen Brandaerosolen und Kernschmelzaerosolen und die Partikelrückhaltung in einer Wasservorlage (Pool Scrubbing) vertieft mit dem Ziel untersucht werden, die Prognosefähigkeit für das Aerosolverhalten im Containment insgesamt zu erhöhen und somit eine belastbarere Aussage über einen potentiellen radiologischen Quellterm zu ermöglichen. Daneben werden Fragestellungen bearbeitet, die eine hohe Relevanz von Brandaerosolen hinsichtlich ausgewählter Maßnahmen zur Schadenbegrenzung im Störfall vermuten lassen. Konkret betrifft dies den Einfluss von Brandaerosol auf das Startverhalten von katalytischen Rekombinatoren und auf die Entstehung volatiler Jodspezies.

Optimierung der Abscheidung von Bioaerosolen aus der Abluft eines Schweinestalls durch die Entwicklung einer innovativen aut. Prozesssteuerung zur Regulierung der Filterfeuchte in einer dreistufigen Abluftreinigungsanlage, Teilprojekt 2

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung zur Quantifizierung und Regulierung in der biologischen Stufe von Abluftreinigungsanlagen (ARA) zur Reduktion von Bioaerosolen aus Schweinemastanlagen. Dazu soll mittels Time-Domain-Reflekrometrie (TDR) auf der gesamten Fläche des Filters der Feuchtegehalt quantifiziert werden. Durch die Einbindung der Messdaten in einen automatisierten Regelkreis erfolgt eine Soll-Ist-Wert-Analyse, wodurch eine über dem Filter installierte Berieselungsanlage automatisch zur Feuchteregulierung gesteuert wird. In Abhängigkeit von verschiedenen Feuchtegehalten des Filters soll eine gezielte Detektion von Bioaerosolen vor Eintritt und nach dem Austritt aus der ARA erfolgen. Es soll die Frage beantwortet werden, in welchem Zusammenhang der Abscheidegrad von Bioaerosolen aus Nutztierställen mit der Befeuchtung der biologischen Stufe der ARA steht. Durch die Variation der Stärke der Befeuchtung sollen Rückschlüsse auf die Effektivität der Filterleistung bezüglich der Bioaerosolabscheidung gezogen sowie eventuelle sekundäre Emissionen vermindert werden. Die Projektkoordination erfolgt durch das ITTN. Die Grundlagen der Feuchtemessung werden an Filterwänden im Labormaßstab in enger Kooperation mit Big Dutchman erarbeitet. Eine bestehende ARA wird umgerüstet und die TDR-Anlage wird eingebaut. Es folgt die Entwicklung einer Steuerungssoftware zur optimalen Berieselung des Filters. Begleitend finden Bioaerosol-Analysen statt.

Optimierung der Abscheidung von Bioaerosolen aus der Abluft eines Schweinestalls durch die Entwicklung einer innovativen aut. Prozesssteuerung zur Regulierung der Filterfeuchte in einer dreistufigen Abluftreinigungsanlage, Teilprojekt 1

Das Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung zur Quantifizierung und Regulierung der Filterfeuchte in der biologischen Stufe von Abluftreinigungsanlagen (ARA) zur Reduktion von Bioaerosolen aus Schweinemastanlagen. Dazu wird auf die bereits bestehende Time-Domain-Reflektometrie (TDR), ein sensorbasiertes Messverfahren zur Bestimmung der Feuchte zurückgegriffen, um auf der gesamten Fläche des Filters den Feuchtegehalt zu quantifizieren. Durch die Einbindung der Messdaten in einen automatisierten Regelkreis, erfolgt eine SOLL-IST-Wert Analyse wodurch eine, über dem Filter installierte Berieselungsanlage, automatisch zur Feuchteregulierung gesteuert wird. In Abhängigkeit von verschiedenen Feuchtegehalten (parametrisierende Variable) des Filters soll eine gezielte Detektion von Bioaerosolen vor Eintritt und nach Austritt aus der Abluftreinigungsanlage erfolgen. Es soll die Frage beantwortet werden, in welchem Zusammenhang der Abscheidegrad von Bioaerosolen aus Nutztierställen mit der Befeuchtung der biologischen Stufe der ARA steht. Durch die Variation der Stärke der Befeuchtung sollen Rückschlüsse auf die Effektivität der Filterleistung bezüglich der Bioaerosolabscheidung gezogen, sowie eventuelle sekundäre Emissionen vermindert werden.

Aerosol-Abscheidung: Grundlagenuntersuchungen, Schichtqualität, Abscheideeffizienz^DIAMANT, DIrekt-Abscheidung von MAgnesiumdiborid Supraleitern für Neuartige WindTurbinen (DIAMANT): Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von Aerosol abgeschiedenen MgB2-Dickschichten

Hauptziel des KIT Teilprojektes ist es die von Projektpartnern realisierten MgB2 Schichtstrukturen strukturell und chemisch zu analysieren, sowie mittels magnetooptischer Kerr Mikroskopie eine supraleitende Konnektivitätsanalyse zum Verständnis des stromtragenden Verhaltens durchzuführen. Daneben begleitet das KIT den Optimierungsprozess der MgB2 Ausgangspulvers durch Bestimmung der Phasenzusammensetzung von kommerziellen oder selbst hergestellten MgB2 Pulver, sowie durch die Herstellung und Charakterisierung von mechanisch legierte Testpulverproben. Die Projektbeiträge des KIT fokussieren sich mit der Pulvercharakterisierung und -entwicklung, sowie der strukturellen, chemischen und supraleitenden Konnektivitätsanalyse von Aerosol abgeschiedenen MgB2-Schichten auf die Arbeitspakete 1 und 5. Im Arbeitspaket 1 - wird KIT MgB2 Pulver insbesondere hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und des Fremdphasengehaltes charakterisieren und die supraleitenden Eigenschaften anhand von heißgepressten Testkörpern bestimmen, sowie die beteiligten Industriepartner bei der Etablierung eines Syntheseverfahrens für größere Pulverchargen (1kg) unterstützen. Ab dem 2. Projektjahr werden sich die Arbeiten des KIT im Rahmen des AP5 auf die strukturelle, chemische und supraleitende Konnektivitätsanalyse von Aerosol kaltabgeschiedenen Schichtstrukturen der Projektpartner konzentrieren.

DIAMANT, Aerosol-Abscheidung: Grundlagenuntersuchungen, Schichtqualität, Abscheideeffizienz

Die Verfügbarkeit kompakter Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wird im beantragten Vorhaben das neuartige Verfahren der Aerosol-basierten Kaltabscheidung auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid angewendet. Die Beiträge der Universität Bayreuth liegen vor allem auf dem Gebiet der Aerosol-basierten Kaltabscheidung. Es werden vorwiegend Grundlagenuntersuchungen an Magnesiumdiborid-Filmen zur Schichtausbildung und zu den Abscheidebedingungen auf unterschiedlichen Substraten durchgeführt. Weiterhin wird zusammen mit den Projektpartnern am Konzept zur Verbesserung von Schichtqualität und Abscheideeffizienz gearbeitet. Konkret sollen Magnesiumdiborid-Pulver hergestellt und auf ihre Eignung für den Prozess qualifiziert werden. Außerdem sollen Grundlagenuntersuchungen hinsichtlich der Aerosolerzeugung und den Beschichtungsparametern, sowie ein zielführender Prozessablauf bezüglich der Herstellung von Funktionsschichten durchgeführt werden. Darüber hinaus soll am Design und der Herstellung des Demonstrators in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern mitgearbeitet und der Beschichtungsprozess in Bezug auf die Abscheide-Effizienz und das Pulver-Recycling optimiert werden.

Entwicklung eines Aufladermoduls zur Aerosolabscheidung bei Biomassefeuerungen

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