Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg Freisetzung von Phosphorwasserstoff bei der Oberflächenreinigung von Aluminiumteilen Dipl.-Chem. Hubert Faller Dipl.-Ing. (FH) Gerhard Ott OChR Ulrich Wurster* *Korrespondenzadresse: Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg Referat Arbeitsschutz/Chemikalien Postfach 210752 76157 Karlsruhe Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg Referat Arbeitsschutz/Chemikalien Postfach 210752 76157 Karlsruhe 2 Freisetzung von Phosphorwasserstoff bei der Oberflächenreinigung von Aluminiumteilen Zusammenfassung Die Entstehung von Phosphorwasserstoff (Phosphin , PH3) in relevanten Konzentrationen aus phosphathaltiger alka- lischer Reinigungslösung bei der Reinigung von Alumini- umteilen in einer handelsüblichen Industriespülmaschine unter üblichen Betriebsbedingungen konnte nachgewie- sen werden. Im stark alkalischen Milieu wird offenbar Phosphat des Reinigers im Kontakt mit Aluminium reduziert. Die für Phosphorwasserstoff existierende Maximale Ar- beitsplatz Konzentration (MAK-Wert) von 0,15 mg/m³ (0,1 ppm) kann hierbei zeitweise überschritten werden – ent- sprechende Arbeitsschutzmaßnahmen sind deshalb zu beachten. 1 Einleitung Beim Entladen einer Spülmaschine, die zur Reinigung von Aluminiumblechen eingesetzt wurde, klagte der Maschi- nenbediener über starkes Unwohlsein mit Schwindelgefühl und Atembeschwerden. Es wurde eine intensivmedizini- sche Behandlung nötig und ein ”Reizgasinhalationstrau- ma” diagnostiziert. Mitarbeiter hatten schon vor diesem Unfallereignis mehr- fach über einen carbidähnlichen Geruch (nach Knoblauch) beim Betrieb der Spülmaschine berichtet - ein Zusammen- hang mit einer möglichen Entwicklung von Phosphorwas- serstoff während des Reinigungsvorganges wurde jedoch zunächst nicht in Betracht gezogen. Aufgrund des auch bei dem Arbeitsunfall deutlich wahr- nehmbaren Geruches sollte auf Anforderung des zu- ständigen Staatlichen Gewerbeaufsichtsamtes durch Untersuchungen der Landesanstalt für Umweltschutz Ba- den-Württemberg (LfU) geklärt werden, ob bei dem ange- wendeten Oberflächenreinigungsprozess unter den übli- chen Betriebsbedingungen (Aluminiumbleche, alkalischer Phosphatreiniger, Temperatur ca. 60 °C) möglicherweise eine Freisetzung von PH3 (oder anderer Gefahrstoffe) statt- gefunden haben könnte. 2 Toxikologie von Phosphorwasserstoff Phosphorwasserstoff ist in die Kategorie I der lokal rei- zenden Stoffe eingeteilt, so dass der MAK-Wert von 0,1 ppm zu keinem Zeitpunkt überschritten werden soll (Über- schreitungsfaktor =1=) [1]. Phosphorwasserstoff ist ein hochgiftiges Gas mit Wir- kung auf wichtige Zellenzyme („Stoffwechselgift“), das bei akuter Vergiftung unter den Anzeichen der inneren Ersti- ckung zum Tode führen kann. Nach Inhalation ist ein to- xisches Lungenödem möglich. Dabei treten bei mittle- ren Konzentrationen (10 bis 100 ppm; Expositionszeit 0,5 bis 1 h) meist erst nach Stunden Vergiftungserschei- nungen auf. Bei Expositionszeiten von sechs Stunden sind schon 7 ppm wirksam. LfU Eine chronische Vergiftung ist nicht möglich, da im Orga- nismus üblicherweise eine Entgiftung kleiner Konzentrati- onen bis 2,5 ppm erfolgt [2]. Die Geruchsschwelle für die Phosphorwasserstoffwahr- nehmung liegt mit ca. 0,02 ppm [4] unter dem derzeit gülti- gen MAK-Wert von 0,1 ppm. 3 Beschreibung des Reinigungsverfahren Die Reinigung von Aluminiumblechen erfolgt im vorlie- genden Fall in einer handelsüblichen Industriespülma- schine. Die Reinigungslösung wird aus einem Spültank bei einer Solltemperatur von 55 bis 60 °C über 18 Düsen von unten auf die zu reinigendem Teile sprüht. Das Reini- gungsprogramm dauert fünf Minuten, wobei in der letzten Minute das Spülgut mit demineralisiertem Wasser nach- gespült wird. Ein Nachdosieren des Reinigerkonzentrates ist nach jedem Spülprozess erforderlich, da ein Teil des Spültankinhaltes während der Nachspülphase durch das demineralisierte Wasser ersetzt wird. Eine Dosiereinrich- tung soll gewährleisten, dass die empfohlene Konzentra- tion des Reinigerkonzentrates von ca. 4 g/l bei allen Spül- vorgängen in der Reinigungslösung konstant bleibt. Damit wird ein mittlerer pH-Wert von 10,8 erreicht (Mittelwert der Messwerte aus neun Spülvorgängen). Die Zusammensetzung des unverdünnten Reinigerkon- zentrats laut Sicherheitsdatenblatt ist in Tabelle 1 wieder- gegeben. Tabelle 1: Zusammensetzung eines Reinigerkonzentrats Stoff Anteil in Gew.-% Kaliumhydroxid1–5 Phosphate15 – 30 Alkalisilikate> 10 Amphotere Tenside<5 pH-Wert14 Die zu reinigenden Aluminiumbleche bestehen aus den Legierungen AlMg1 und AlMg3 eingesetzt, die sich im we- sentlichen durch ihren Anteil von ca. 1 bzw. 3 Gew.-% Ma- gnesium unterscheiden. Der Summenanteil anderer Ele- mente (somit auch der Gehalt an Phosphor) ist mit < 0,05 Gew.-% spezifiziert. 4 Phosphorwasserstoff- Entstehung 4.1 Phosphorquelle Für eine potenzielle Phosphorwasserstoff-Freisetzung in der Industriespülmaschine war zunächst die Herkunft des Phosphors zu klären. Bei einer typischen Beladung der Spülmaschine mit 30 Aluminiumblechen (Masse ca. 230 g; Oberfläche ca. 80 cm²) ergibt sich eine Gesamtmasse von LfU Freisetzung von Phosphorwasserstoff bei der Oberflächenreinigung von Aluminiumteilen ca. 6,9 kg. Darin können entsprechend der Spezifikation max. 3,5 g Phosphor enthalten sein, die jedoch nur zu ei- nem kleinen Teil (an der Blechoberfläche) für eine Reakti- on zur Verfügung stehen können. Bei einer gemessenen Aluminiumkonzentration von max. 10 mg/l in der Reinigungslösung (ca. 80 l) dürf- ten insgesamt nur ca. 0,4 mg Phosphor aus den Aluminiumblechen gelöst worden sein. Bei einer Reinigerkonzentration von ca. 4 g/l in der Rei- nigungslösung ergibt sich aus dem Gehalt an Phospha- ten eine Sollkonzentration von ca. 0,2 g/l Phosphor in der Reinigungslösung. In einer Maschinenfüllung dieser Rei- nigungslösung liegt somit eine Phosphormenge von 16 g vor. Dieser Phosphor steht für Reaktionen zur Verfügung und wird ständig nachdosiert – die dominierende Phos- phorquelle während des Spülprozesses ist demnach das Phosphat aus dem Reiniger. 4.2 Redoxreaktion Als starkes Reduktionsmittel für die Reduktion von Phos- phat zu Phosphorwasserstoff kommt Wasserstoff (”in sta- tu nascendi”) in Frage, der aus der Reaktion von Alumini- um mit der Reinigungslösung bei hohem pH-Wert stammt. Da bei kleinen wie bei hohen pH-Werten die Oxidschutz- schicht des Aluminiums nicht beständig ist, wird Alumini- um bei alkalischen Bedingungen unter Wasserstoffent- wicklung als Aluminat gelöst [1; 4; 5]. Nur im Bereich von 3 4,5 < pH < 8,5 ist die schützende Schutzschicht weitge- hend unlöslich (sieheBild 1). Wesentliche Faktoren für die Reaktion dürften aber, neben Reaktionszeit, pH-Wert und Konzentration von Fremdio- nen [6], die Reaktionstemperatur sein, da Phosphorwas- serstoff in einer endothermen Reaktion gebildet wird [4]. Bei pH-Werten im alkalischen Bereich kann durch Zusatz von Inhibitoren (z.B.: Alkalisilikate) der Angriff gehemmt werden [7]. In Bild 1 ist für die üblichen Betriebsbedingungen (pH ? 11; Temperatur ca. 60 °C; Aluminiumkonzentration in der Reinigungslösung von ca. 3,5 mg/l) die überschlägig er- mittelte flächenbezogene Massenverlustrate des Reini- gungsprozesses aufgetragen. Der Punkt liegt oberhalb des eingezeichneten Kurvenastes, da bei erhöhter Tem- peratur gearbeitet wird. 4.3 MAK-Wert-Überschreitung: Zum Erreichen des für Phosphorwasserstoff festgeleg- ten MAK-Wertes von 0,1 ppm im nur ca. 0,4 m³ großen Spülraum der Maschine sind nur 0,06 mg PH3 erforder- lich. Ein Vergleich mit der tatsächlichen in der Reinigungs- lösung vorhandenen Phosphormasse zeigt, dass ein mehr als 105-facher Überschuss an verfügbarem Phosphor bei Solldosierung des Reinigerkonzentrates vorhanden ist. Ein nur geringfügiges Ausmaß der o.g. Redoxreaktion dürfte demnach ausreichen, um relevante PH3-Konzentrationen im Bereich des MAK-Wertes im Spülraum zu erreichen. flächenbezogene Massenverlustrate [g°m-2°h-1] 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0 2 4 6 8 10 12 pH-Wert Abbildung 1: Einfluss des pH-Wertes auf die flächenbezogene Massenverlustrate für die Aluminiumoxidschutzschicht (Daten aus [5]). Der eingetra- gene Punkt zeigt die überschlägig ermittelte Massenverlustrate im Reinigungsprozess bei den üblichen Betriebsbedingungen.
Das Projekt "Teilprojekt 4.3: Synthese und Charakterisierung von Katalysatoren und Elektroden für die Ammoniaksynthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Katalyse e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. Im Teilvorhaben CF04.3 werden elektrokeramische Elektroden mit einer Ru-basierten Katalysatorbeladung für die effiziente Stickstoffreduktionsreaktion entwickelt und dafür kostengünstige, für eine Up-Skalierung geeignete nasschemische Synthesemethoden eingesetzt. Für die im Startvorhaben identifizierten Benchmark-Elektroden, wie z.B. Barium Kalzium Aluminat, das mit Ru-basierten Katalysatoren beladen wurden, wird eine geeignete Synthesemethode entwickelt sowie Depositions- und Temperverfahren erarbeitet, die eine präzise und homogene Beschichtung des SSAS-Substrates oder der Dünnschicht ermöglichen. Eine Charakterisierung der Leistungsfähigkeit der Elektroden wird mittels elektrokatalytischer Untersuchungen in Halbzellen vorgenommen und der Syntheseprozess optimiert. Das Depositionsverfahren wird zunächst auf planaren Substraten entwickelt, später auf tubulare Substrate übertragen.
Das Projekt "Rueckbrennen von Carbonatationsschlamm in einem Fliessbett" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Süddeutsche Zucker AG durchgeführt. Der feinkristalline Calziumcarbonatniederschlag aus der Saftreinigung der Zuckererzeugung enthaelt organische und anorganische Bestandteile der Zuckerruebe, wird auf 70 v.H. TS-Gehalt abgepresst und danach im Fliessbett nacheinander getrocknet und bei ca. 900 Grad Celsius rekalziniert. Abkuehlen des rueckgebrannten Kalkes in einem Fliessbett mit indirektem Kuehlungskreislauf und geschlossenem Fluidisierungskreislauf. Abloeschen des rekalzinierten Kalkes. Einfluss der Rekalzinierungstemperatur auf das Aufschliessen von loeslichen Aluminaten und Silikaten. Das anfallende Calziumhydroxid und die CO2-haltigen Gase werden der Saftreinigung wieder zugefuehrt. Z.Z. gelangt ein Teil des erzeugten Carbonatationsschlammes auf Deponien. Das benoetigte Calziumcarbonat und CO2-Gas wird aus Kalkstein in Brennoefen hergestellt.
Das Projekt "Development of procedures for identifying individual components, especially of bound and unbound cements in building material dusts, and differentialed evaluation there of as a percentage of mine dusts" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergbau-Berufsgenossenschaft, Institut für Gefahrstoff-Forschung durchgeführt. Objective: The aims of the research are as follows: - to analyse the mineral components of cements before and after specific time-related hydration stages by x-ray diffractometry and infrared spectroscopy and develop a computer-aided routine anlaysis procedure taking account of the influence of the mineral content of mine dusts on the identification of cement components (interference); - to identify other possible hazardous substances in building materials used in mines, particularly heavy metals; - to undertake an analytical differentiation between genuine mine dusts and dusts which are not mine-specific, in order to facilitate the medical assessment of workplaces and make it possible to show mine dusts separately in epidemiological surveys. Significant here is the fact that the MAC commission is in the process of fixing an MAC value for cements, taking account of possible fibrogenity and damage to the entire respiratory system as a result of the high basicity of dusts. General Information: More and more frequent use is being made in deep mines of building materials which cause considerable changes in the composition of mine dusts. Whereas in the past building materials based on anhydrite and CaSO4 hemihydrates were predominant, cement is increasingly being added to materials, particularly as a result of rising rock temperatures, in order to improve construction and safety characteristics. More and more power station waste and other residues which may contain various harmful substances are also being used for building material production. As a result, all components used must henceforth be assessed separately. Up to now there has been no possibility of analysing, in particular, the cement dust components in airborne dust samples. Such dusts have hitherto been assessed exclusively by taking account of quartz, a method which does not fully reflect the potential hazard. A differentiated assessment of the various harmful components thus seems to be a matter of some urgency. Special difficulties arise because of the different hydration stages, which are time-related (minutes, hours, days), i.e. all calcium silicates take in humidity and are transformed into hydrates - a permanent change in composition. The fastest to react are tricalcium aluminates (C3A) and tricalcium silicates (C3S). In the final stage ettringite, a trisulphate, is even partly transformed into gypsum. Hydration also leads to structural changes, for example long-fibre calcium silicate hydrate (CSH) is transformed into the short-fibre type. These changes occur at a pH-value of more than 12, and it is necessary to establish whether there are any significant differences when the pH-value is down in the slightly acidic range, in order to know how material which has not yet gone through all hydration stages might react in the lung area. The plan of work is as follows: - Analysis of cement components at various hydration stages by x-ray diffractometry and infrared spectroscopy, ...
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Erprobung einer Technologie zur Herstellung und Anwendung von Schmelzbeschleunigern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Telux Glasproducts & Components GmbH durchgeführt. Die Glasherstellung ist ein energieintensiver Schmelzprozess. Im Verbundvorhaben sollen Komponenten zur Herstellung von Schmelzbeschleunigern ausgewählt und deren Einsatzmöglichkeiten in Kombination mit Glasgemengebestandteilen erforscht werden. Der Schmelzbeschleuniger soll schwerpunktmäßig auf das Einsatzgebiet der Herstellung von Alkali-Kalk-Gläsern abgestimmt werden. Während der Glasschmelze erfolgt der Einsatz der Beschleuniger vor allem bis zum Erreichen der Rauschmelze. Der Einsatz soll sowohl als Zusatz zu Gemengen aus Glasrohstoffen möglich sein als auch über zusätzliche Dosierung zu speziellen Glasgemengen. Nach bisherigem Kenntnisstand werden Zugaben von 5 bis 15 M.-% Schmelzbeschleuniger, bezogen auf das Glasgemenge, erforderlich. Der Schmelzbeschleuniger ist als Komponentenkombination anzusehen. Er besteht aus Ausgangsstoffen, die nach dem Schmelzprozess im Glasgemenge eingebunden sind. Deshalb dürfen sie die chemische Zusammensetzung des Endproduktes Glas nicht oder nur geringfügig beeinflussen. Für die Herstellung sind speziell ausgewählte und aufbereitete Ausgangsstoffe (Calciumsilicate und -aluminate) vorgesehen. Bestandteil der Herstellung sind weiterhin Granulier-, Misch-, Homogenisierungs- und Agglomerationsprozesse sowie Vorlagerungen zur Funktionalisierung des Beschleunigers. Bereits während der Vorlagerung vor dem Einsatz in der Schmelzwanne soll eine Aktivierung von Gemengebestandteilen (Reaktionen mit Soda, Reaktionen mit Quarzsandoberflächen) erfolgen. Erwartet werden bis 15 % Energieeinsparung für den gesamten Glasschmelzprozess. Weitere Effekte sind höhere Durchsatzmengen bei gleicher Schmelzwannengeometrie, geringere Staubfreisetzungen und eine verringerte Freisetzung von CO2 und flüchtiger Alkalien.
Das Projekt "PoreKEL-NIB - Poröse, keramische Elektrolyte in Natrium-Ionen-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Erstens ist die permanent begleitende elektrochemische Charakterisierung der vom Projektpartner Universität Leipzig synthetisierten, porös geträgerten, keramischen Dünnschichtelektrolyte (PKDE) notwendig, um den Erfolg der Herstellung zu kontrollieren. Hierzu fallen Arbeiten zur Elektrolytmodifizierung an: Entwicklung einer Dünnschicht-Synthese Route durch spin coating von beta'-Aluminat, sowie eine Erforschung von Kohlenstoffschicht in Nano- bis Mikro-meter Dicke. Des Weiteren wird für alle hergestellten und übergebenen Elektrolyte eine Leitfähigkeit ermittelt werden müssen. Zweitens wird eine Batteriezelle für die PKDE entworfen und konstruiert. Ausgewählte porös geträgerten, keramische Dünnschichtelektrolyte (PKDE) werden anschließend zu einer Na/NiCl2-Batterie verbaut. Die Zyklierung dieser planaren Demonstratorzelle erfolgt bei verschiedenen Temperaturen zwischen 150 Grad Celsius und 300 Grad Celsius bei Strömen von bis zu 0,25 A Ah 1. Diese Untersuchungen erlauben den proof of concept einer Na/NiCl2-Batterie, welche bei unter 175 Grad Celsius betrieben wird. Dies ermöglicht eine völlig neue Art der Dichtungskonzepte für diesen Batterietyp.
Das Projekt "MiTemp - Mitteltemperatur-Natriumbatterien mit flüssiger Natriumanode und wässriger Iodkathode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik, Arbeitsgruppe Verfahrenstechnische Maschinen (VM) durchgeführt. Ein Mitteltemperatur-Natrium-Batteriesystem mit hoher Effizienz, Sicherheit und niedrigen Kosten soll als gut skalierbare Alternative zu etablierten Hochtemperatur-Natrium-Batterien für kleine und mittlere stationäre Anwendungen entwickelt werden. NaSICON-basierte (Natrium Super Ionic CONductor) keramische Materialien ersetzen durch ihre höhere chemische Beständigkeit gegenüber wässrigen Medien die bislang üblichen Natrium-beta''-Aluminat-Keramiken. Diese sind zudem einfacher und bei niedrigeren Sintertemperaturen herstellbar, wobei auch eine Prozessierung an Luft möglich ist. Die Benetzung mit Natrium, die bei den angestrebten Temperaturen nicht vollständig ist, soll z.B. durch Oberflächenbehandlung bzw. -beschichtung der Keramik deutlich verbessert werden. Auf der Kathodenseite erfolgen zahlreiche Tests, um geeignete Stromableitermaterialien und -geometrien zu identifizieren. Um die Benetzungseigenschaften der Keramik mit Natrium besser zu verstehen und den Einfluss der Zellgeometrie auf die elektrochemische Performance zu untersuchen, sind umfangreiche Simulationen geplant. Im Projekt wird ein Demonstrator entwickelt, der zu einem vereinfachten Aufbau, erhöhter Energiedichte und Kostenreduktion führt. Besondere Herausforderungen sind die Abdichtung der Elektrodenräume gegenüber dem keramischen Separator. Alternative Konzepte für Kathodenseite, Separator und Gehäuse werden einzeln und als Vollzellen getestet und simulationsgestützt ein optimales Designkonzept abgeleitet. Ein erstes Upscaling von Laborzellen auf den Technikumsmaßstab ermöglicht ein besseres Benchmarking mit etablierten Technologien. Die Attraktivität für einen Transfer in die Industrie wird so gesteigert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Erprobung einer Aufbereitungstechnologie für Ausgangsstoffe von Schmelzbeschleunigern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mineralmühle Leun, Rau GmbH & Co. KG durchgeführt. Die Glasherstellung ist ein energieintensiver Schmelzprozess. Im Verbundvorhaben sollen Komponenten zur Herstellung von Schmelzbeschleunigern ausgewählt und deren Einsatzmöglichkeiten in Kombination mit Glasgemengebestandteilen erforscht werden. Der Schmelzbeschleuniger soll schwerpunktmäßig auf das Einsatzgebiet der Herstellung von Alkali-Kalk-Gläsern abgestimmt werden. Während der Glasschmelze erfolgt der Einsatz der Beschleuniger vor allem bis zum Erreichen der Rauschmelze. Der Einsatz soll sowohl als Zusatz zu Gemengen aus Glasrohstoffen möglich sein als auch über zusätzliche Dosierung zu speziellen Glasgemengen. Nach bisherigem Kenntnisstand werden Zugaben von 5 bis 15 M.-% Schmelzbeschleuniger, bezogen auf das Glasgemenge, erforderlich. Der Schmelzbeschleuniger ist als Komponentenkombination anzusehen. Er besteht aus Ausgangsstoffen, die nach dem Schmelzprozess im Glasgemenge eingebunden sind. Deshalb dürfen sie die chemische Zusammensetzung des Endproduktes Glas nicht oder nur geringfügig beeinflussen. Für die Herstellung sind speziell ausgewählte und aufbereitete Ausgangsstoffe (Calciumsilicate und -aluminate) vorgesehen. Bestandteil der Herstellung sind weiterhin Granulier-, Misch-, Homogenisierungs- und Agglomerationsprozesse sowie Vorlagerungen zur Funktionalisierung des Beschleunigers. Bereits während der Vorlagerung vor dem Einsatz in der Schmelzwanne soll eine Aktivierung von Gemengebestandteilen (Reaktionen mit Soda, Reaktionen mit Quarzsandoberflächen) erfolgen. Erwartet werden bis 15 % Energieeinsparung für den gesamten Glasschmelzprozess. Weitere Effekte sind höhere Durchsatzmengen bei gleicher Schmelzwannengeometrie, geringere Staubfreisetzungen und eine verringerte Freisetzung von CO2 und flüchtiger Alkalien.
Das Projekt "Innovative multifunktionale Schichtsysteme für hocheffiziente Gasturbinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll sowohl für stationäre Gasturbinen als auch für Flugtriebwerke eine Steigerung der Leistung und des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Verringerung der Schadstoffemissionen erreicht werden. Das Ziel ist deshalb die Entwicklung und Einsatzdemonstration von stabilen Wärmedämmschicht (WDS) - Systemen für den Einsatz bei Temperaturen oberhalb 1350 Grad Celsius. Zum Erfolg dieses Vorhabens sollen insbesondere neue Keramikmaterialien auf der Basis von Aluminaten, Perowskit- und Pyrochlorphasen beitragen, die in ihren Hochtemperatureigenschaften das bisher verwendete teilstabilisierte Zirkonoxid übertreffen. Entscheidend ist hierbei, dass innerhalb der Arbeiten der Fokus nicht nur auf die Optimierung einer einzelnen Materialeigenschaft gelegt wird, sondern dass das komplexe Materialverhalten, welches über die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer eines WDS-Systems entscheidet, untersucht und gezielt verbessert wird. Hierbei spielt z. B. die Strukturierung der Grenzfläche eine wichtige Rolle, weshalb neue Materialansätze und Technologien, wie der Siebdruck, untersucht werden sollen. Die Optimierungen des Verbundsystems werden im Rahmen des Projektes durch Prozesssimulationen und statistische Versuchsplanung unterstützt. Es werden innovative Ansätze für genanntes Beschichtungskonzept aufgezeigt, die die vielfältigen Anforderungen an die Beschichtungen in hocheffizienten Hochleistungsturbinen der nächsten Generation erfüllen können. Durch die im Projekt gewonnenen materialwissenschaftliche Erkenntnisse ist die Durchführung weiterführender Vorhaben in der Grundlagen- und angewandten Forschung möglich, so dass das erworbene Wissen über die neuen keramischen Schichten, aber auch die Kenntnisse bezüglich Methodiken und Materialtests sinnvoll genutzt werden können. Die Zusammenarbeit mit der Industrie ermöglicht die Fokussierung der Forschung auf anwendungsrelevante Aufgabenstellungen sowie Bauteil- und Maschinentests mit den neu entwickelten Werkstoffen.
Das Projekt "Prozessinnovation und Energieeinsparung in der Zement- und Sekundärbrennstoff verwertenden Industrie durch den Einsatz von alkalikorrosionsbeständigen Schichten und Komponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von CALSITHERM Verwaltungs GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Die Unbeständigkeit von kommerziell erhältlichen, feuerfesten Bau- und Dämmstoffen gegen den Angriff von Alkalien ist ein bekanntes technisches Problem. Auf Grund des Vorhandenseins von Alkaliverbindungen in Rohstoffen und Sekundärbrennstoffen, wirken diese auf die meisten feuerfesten Verbindungen als Flussmittel, was deren Funktion einschränkt und den Feststoff zerstört. Das Forschungsprojekt zielt auf die Entwicklung von intelligent maßgeschneiderten, korrosionsbeständigen Feuerfestwerkstoffen zur Prozessinnovation und zur Reduzierung von Energieverlusten und Emissionen in Hochtemperaturprozessen. 2. Arbeitsplanung Es werden drei Werkstoffvarianten untersucht: Beta-Tonerde-Varianten, Feldspäte und Beta-Calutherm. Der Erkenntnisstand über diese Stoffe alkalikorrosionsbeständiger Werkstoff ist unterschiedlich. Fragestellungen ergeben sich in Bezug auf die Herstellung, Alkalikorrosionsbeständigkeit und Wechselwirkungen im direkten Kontakt mit Metalkonstruktionen bei hohen Temperaturen. Hierfür sind folgende Arbeitsschritte vorgesehen a) Technische Herstellung: Realisierung des Wärmedämmstoffes Beta-Calutherm nach der Autoklavtechnologie sowie Realisierung von Schutzkomponenten (Kappen) für Metalle durch spangebende Formgebung. b) Einsatzüberprüfung c) Konstruktive Auslegung. 3. Ergebnisverwertung Unsere Verwertungsstrategie setzt bei positivem Ausgang der Untersuchungen auf die Produktion alkalikorrosionsbeständiger Bau- und Dämmstoffe und auf die Herstellung von Schutzschichten für metallische Ofenbauteile. Für beide Produktarten wären neue Produktionsstätten erforderlich. Das Marktpotential läge allein im Bereich der Zementindustrie in Deutschland bei 10.000 m3 (weltweit 200.000m3). Der Umsatz betrüge ca. 40 Mio. Euro bzw. 800 Mio. Euro. Gleiches gilt für den Bereich der Schutzschichten für Metalle. Benötigt würden ca. 50 bzw. 500 neue Arbeitskräfte. Auf alle sekundärbrennstoff-verbrauchenden Industrien bezogen würden sich die Zahlen verdreifachen.
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