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Luft/Luftqualität/Luftmessnetz: Messtechnik

Die Messung der Luftschadstoffe im kontinuierlichen Verfahren erfolgt in den Messstationen mit automatisierten Analysatoren. Die Messplatzanforderung für diese Geräte macht es in der Regel erforderlich, eine Luftmessstation als begehbaren thermostatisierten Laborraum auszulegen. Zusätzlich werden meteorologische Größen gemessen, um die für die Entstehung und die Ausbreitung von Luftverunreinigungen bedeutsamen meteorologischen Bedingungen beurteilen zu können. Allgemeine Informationen über die Messung von Luftschadstoffen und das Luftmessnetz haben wir hier für Sie zusammengefasst. Hier erläutern wir die im hessischen Luftmessnetz verwendeten Verfahren zur Messung der Luftschadstoffe sowie der meteorologischen Größen. © HLNUG © HLNUG © HLNUG Messprinzip: Chemilumineszenz Gerätetyp: APNA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung von Stickoxiden wird das Chemilumineszenz -Verfahren herangezogen. Chemilumineszenz bezeichnet die Emission von Licht bei einer chemischen Reaktion. Zur Bestimmung des Gehalts an Stickstoffmonoxid (NO) wird die Luft in eine Reaktionskammer geleitet, in der sie mit Ozon im Überschuss gemischt wird. Bei der Reaktion des NO mit dem Ozon entsteht ein angeregtes NO 2 -Molekül, welches beim Übergang in seinen Grundzustand messbare Lichtenergie abgibt (Chemilumineszenz). Diese Strahlung wird detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Sie ist proportional zur NO-Konzentration. Auch Stickstoffdioxid (NO 2 ) kann mit diesem Verfahren ermittelt werden. Das NO 2 muss dazu vor der Chemilumineszenz-Reaktion zu NO reduziert werden. Dies geschieht in einem Konverter durch Reduktion an geeigneten heißen Metalloberflächen. Die Anordnung und Steuerung der Magnetventile im Gerät gewährleistet die erforderliche parallele Messung der Gesamtstickstoffoxid-Konzentration (NO x = NO + NO 2 ) und der NO-Konzentration. Durch Subtraktion wird daraus die NO 2 -Konzentration ermittelt. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Stickstoffdioxid und Stickstoffoxiden. Sie ist in der DIN EN 14211:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid mit Chemilumineszenz“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APNA-370 der Firma Horiba . Messprinzip: Adsorption von NO 2 -Molekülen an ein Medium (Triethanolamin). Anschließend quantitativ-chemische Laboranalyse. Gerätetyp: Palmes tube Hersteller: Passam Passivsammler stellen im Vergleich zu den in der Messstation betriebenen Analysatoren eine kostengünstige und flexible Alternative zur Messung von Stickstoffdioxid dar. Sie benötigen keinen Stromanschluss, sind klein und können lediglich in einem Wetterschutzgehäuse beispielsweise an Laternenmasten angebracht werden. Das Messprinzip der Passivsammler unterscheidet sich vom Messprinzip der Analysatoren. Ein Passivsammler besteht aus einem Polypropylen Röhrchen, das ein Adsorbens (Triethanolamin) enthält. Die NO 2 -Moleküle in der Luft diffundieren in das Röhrchen und werden vom Triethanolamin adsorbiert. Im Gegensatz zu einer Absorption findet bei einer Adsorption nur eine Anhaftung der Moleküle an der Oberfläche des Adsorbens statt. Die Moleküle werden also nicht vollständig von dieser Substanz aufgenommen und können somit einfacher wieder desorbiert werden. Nach einer Probenahmezeit (i.d.R. ein Monat) wird das adsorbierte Material als Nitrit im Labor aus dem Röhrchen extrahiert und seine Masse photo-spektrometrisch über das Saltzman-Verfahren bestimmt. Unter Kenntnis der Probenahmezeit und der Aufnahmerate des Sammlers wird daraus die mittlere NO 2 -Konzentration über diese Probenahmezeit berechnet. Die Aufnahmerate des Sammlers entspricht dabei der Rate, mit der der Sammler das NO 2 aus der Atmosphäre aufnimmt. Sie wird in Hessen jedes Jahr neu kalibriert, indem die Passivsammlerwerte mit dem Referenzmessverfahren verglichen werden. Durch die Kalibrierung der Aufnahmerate, wird das Passivsammlerverfahren an das Referenzmessverfahren angepasst. Die Messwerte der Passivsammler und die Werte der Analysatoren in den Messstationen sind somit als gleichwertig zu betrachten. Für die Kalibrierung der Aufnahmerate wird an einigen Messstationen in Hessen die NO 2 -Konzentration parallel mit einem Passivsammler und dem Referenzmessverfahren, also dem in der Station betriebenen Analysator, gemessen. Die aus diesem Vergleich bestimmte mittlere Aufnahmerate wird für alle in Hessen betriebenen Passivsammler verwendet. Während des laufenden Kalenderjahres erfolgt monatsweise eine Anpassung an das Referenzverfahren aller bis dahin ermittelten Messergebnisse für das Jahr. Nach Abschluss des Kalenderjahres erfolgt eine abschließenden Kalibrierung und Endprüfung der Werte mit einer neu bestimmten Aufnahmerate. Mit der neu bestimmten Aufnahmerate erfolgt eine Neuberechnung der Analysenergebnisse des gesamten Jahres. Aus den ursprünglich bestimmten Nitritwerten wird dann die NO 2 -Konzentration auf Grundlage des Fick’schen Diffusionsgesetzes neu berechnet und der Jahresmittelwert gebildet. Durch diesen Schritt ist eine viel präzisere Übereinstimmung mit den Messwerten der Analysatoren möglich. Die Abweichung zwischen Passivsammlern und Analysatoren beträgt ohne Angleichung im Mittel ca. 6 Prozent und mit der Angleichung im Mittel ca. 2 Prozent. Die Bestimmung der Konzentration von Stickstoffdioxid mittels Passivsammler erfolgt im HLNUG entsprechend der DIN EN 16339 . Die Analyse der Passivsammler ist dabei fremdvergeben. Messprinzip:  UV-Absorption Gerätetyp: APOA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung der Ozon-Konzentration wird das Verfahren der UV-Absorption herangezogen, d.h., die Abschwächung von ultraviolettem Licht (UV-Strahlung) durch den Luftschadstoff O 3 . Es handelt sich um ein Absorptionsmessverfahren, das nach dem Lambert-Beer-Gesetz beschrieben wird. Das Messgas wird durch eine Küvette geleitet und mit einer UV-Strahlung im Bereich von 254 nm Wellenlänge durchstrahlt. Die Absorption der UV-Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des Ozons in einem Gemisch von Gasen. Die UV-Strahlung wird von einer Photodiode erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei dem hier verwendeten Messgerät werden zweimal in der Sekunde abwechselnd Messgas und Referenzgas (O 3 -freie Probe) in die Messküvette eingeleitet. Das Referenzgas wird aus dem vorhandenen Messgas generiert, in dem das Messgas durch einen beheizten „Scrubber“ aus Silberwolle geleitet und das Ozon dabei selektiv entfernt wird. Die O 3 -Konzentration im Messgas ist proportional zum Verhältnis der absorbierten UV-Strahlung mit und ohne O 3 -Gas. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Ozon. Sie ist in der DIN EN 14625:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Ozon mit Ultraviolett-Photometrie“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APOA-370 der Firma Horiba. Messprinzip: Gravimetrie Gerätetyp: DHA-80 Hersteller: Digitel Gerätetyp: SEQ 47/50 Hersteller: Leckel Messprinzip: Hybrid-Verfahren (Nephelometer und  ß-Absorption) Gerätetyp: SHARP 5030 Hersteller: Thermo Messprinzip: Streulichtverfahren Gerätetyp: APDA 372 Hersteller: Horiba Zur Bestimmung der Feinstaubkonzentration bzw. PM (eng. particulate matter) in der Außenluft verwendet das HLNUG verschiedene Verfahren. Beim gravimetrischen Verfahren wird die Außenluft mit einem bekannten, konstanten Volumenstrom durch einen größenselektiven Probeneinlass geführt. Die betreffende PM-Fraktion (PM 10 oder PM 2,5 ) wird für eine Dauer von 24 Stunden auf einem Filter gesammelt. Die Masse der abgeschiedenen Partikel wird durch Wägung des Filters vor und nach der Sammlung des Staubes bestimmt. Mittels Division dieser Masse durch das Probenahmevolumen wird die Massenkonzentration der PM-Fraktion in Mikrogramm pro Kubikmeter berechnet. Das hier beschriebene Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von PM 10 und PM 2,5 . Sie ist in der DIN EN 12341:2023 „Außenluft – Gravimetrisches Standardmessverfahren für die Bestimmung der PM 10 oder PM 2,5 Massenkonzentration des Schwebstaubes“ beschrieben. Das gravimetrische Verfahren liefert als höchste zeitlich Auflösung Tagesmittelwerte der PM-Konzentration. Außerdem bedeutet die Wägung der Filter einen hohen personellen Aufwand. Zusätzlich zum Referenzmessverfahren betreibt das HLNUG deshalb auch Messgeräte, die die PM-Konzentration automatisiert und in einer höheren zeitlichen Auflösung messen. Diese Messgeräte sind eignungsgeprüft. Eine Gleichwertigkeit der Messdaten dieser Geräte zum Referenzverfahren wird regelmäßig durch Vergleichsmessungen überprüft. Für die automatisiert durchgeführten PM-Messungen nutzt das HLNUG zwei verschiedene Messgerätetypen, denen unterschiedliche Messverfahren zugrunde liegen. Das SHARP 5030 der Firma Thermo Scientific basiert auf der Kombination zweier Messprinzipien, der Lichtstreuung von Partikeln (Nephelometrie) und der Abschwächung von Beta-Strahlen beim Durchgang durch eine dünne Schicht an Material (Radiometrie). Bei diesem Gerät wird die Außenluft zunächst über einen größen-selektiven Probenahmekopf geführt, so dass entweder die PM 10 - oder PM 2.5 -Fraktion des Schwebstaubes in das Messgerät eingeleitet und somit die PM 10 - oder PM 2.5 -Massenkonzentration bestimmt wird. Das APDA 372 der Firma Horiba ermittelt die Staubkonzentration mit einem Streulichtverfahren. Die Außenluft wird über einen Probenahmekopf angesaugt und zum Messsensor geleitet. Aus der Anzahl und der Höhe der Streulichtsignale, die die Partikel in einem bestimmten Luftvolumen erzeugen, wird zunächst die Anzahlgrößenverteilung der Partikel bestimmt. Über eine Annahme zu Form und Dichte der Partikel kann dann die Massenkonzentration in verschiedenen Größenfraktionen berechnet werden. Die PM 10 - oder PM 2.5 -Konzentration kann somit gleichzeitig gemessen werden. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber dem SHARP 5030 dar, mit dem man je nach verwendetem Probenahmekopf nur PM 10 oder PM 2.5 messen kann. Aktuell stellt das HLNUG seine Feinstaubmessungen sukzessive von SHARP 5030 auf APDA 372 Geräte um. Bericht zur Überprüfung der Trenngrade zweier PM 10 -Vorabscheider für 2,3 m 3 /h mittels Messung mit polydispersem Aerosol Bericht zur Überprüfung des Trenngrades eines PM 2,5 -Vorabscheiders für 2,3 m 3 /h mittels Messung mit polydispersem Aerosol Komponente: Staubniederschlag Messprinzip: Gravimetrie Gerätetyp: Bergerhoff (Glas) Hersteller: Weck / Lock&Lock Messprinzip: Gaschromatograph Gerätetyp: GC 866 Hersteller: Chromatotec Messprinzip: IR-Absorption Gerätetyp: APMA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung der Kohlenmonoxid -Konzentration wird das Verfahren der nicht-dispersiven Infrarot-Spektrometrie (NDIR) herangezogen, d.h., die Abschwächung von infrarotem Licht (IR- Licht, Wärmestrahlung) durch den Luftschadstoff CO. Es handelt sich um ein Absorptionsmessverfahren, das nach dem Lambert-Beer-Gesetz beschrieben wird. Das Messgas wird durch eine Küvette geleitet und mit einer IR-Strahlung im Bereich von 4,6 μm Wellenlänge durchstrahlt. Die Absorption der IR-Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des CO-Gases in einem Gemisch von Gasen. Die Infrarot-Strahlung wird von einem Membrankondensator erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei dem hier verwendeten Messgerät werden im 1-Sekunden-Takt abwechselnd Referenzgas (Nullgas, ohne CO) und Messgas in die Messküvette eingeleitet. Die CO-Konzentration im Messgas ist proportional zum Verhältnis der absorbierten Infrarot-Strahlung mit und ohne CO-Gas. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Kohlenmonoxid. Sie ist in der DIN EN 14626:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Kohlenmonoxid mit nicht-dispersiver Infrarot-Photometrie“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APMA-370 der Firma Horiba. Messprinzip: Gasfilterkorrelation Gerätetyp: TE 41 Hersteller: Horiba Messprinzip: GC-FID Gerätetyp: APHA 370 Hersteller: Horiba Messprinzip: Chemilumineszenz Gerätetyp: APNA 370 in Verbindung mit einem NH 3 -Koverter Hersteller: Horiba Für die Messung von Ammoniak (NH 3 ) wird wie bei den Stickoxiden das Chemilumineszenz -Verfahren herangezogen. Der Ammoniak-Analysator ist grundsätzlich identisch zum NOx-Analysator APNA370, nur dass hier ein Ammoniak-Konverter verbaut ist. Zusätzlich zur Bestimmung von NO und NO 2 wird die NO y -Konzentration, die in erster Näherung aus NO, NO 2 und NH 3 besteht, bestimmt. Alle Komponenten werden dafür in einem Konverter zu NO reduziert bzw. oxidiert (NH3 -> NO), allerdings bei sehr viel höheren Temperaturen als beim Stickoxidgerät. Das dadurch entstandene NO reagiert mit Ozon in der Reaktionskammer, es entsteht elektromagnetische Strahlung, die detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das proportional zur NO-Konzentration ist. Die Anordnung und Steuerung der Magnetventile im Gerät gewährleistet die erforderliche parallele Messung der NO y -Konzentration (= NO + NO 2 + NH 3 ), der NO x -Konzentration (= NO + NO 2 ) und der NO-Konzentration. Durch Subtraktion wird daraus die NH 3 -Konzentration ermittelt. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APNA-370 in Verbindung mit einem NH 3 -Koverter der Firma Horiba. Messprinzip: UV-Fluoreszenz Gerätetyp: APSA 370 Hersteller: Horiba Zur Messung von Schwefeldioxid (SO 2 ) wird das UV-Fluoreszenz -Verfahren herangezogen. Die zu messenden Moleküle werden durch UV-Strahlung energetisch angeregt, wodurch die Moleküle Licht abgeben (fluoreszieren). Die Intensität der entstehenden Strahlung ist ein Maß für die Konzentration des zu messenden Gases in einem Gemisch von Gasen. Die entstehende Strahlung wird von einer Photodiode detektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Zur Anregung der SO 2 -Moleküle wird eine UV-Strahlungsquelle im Bereich von 200 – 220 nm benötigt. Die Intensität der Fluoreszenzstrahlung ist proportional zur Anzahl der SO 2 -Moleküle im Gasgemisch. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren gilt als Referenzmethode zur Messung von Schwefeldioxid. Sie ist in der DIN EN 14212:2012 „Außenluft – Messverfahren zur Bestimmung der Konzentration von Schwefeldioxid mit Ultraviolett-Fluoreszenz“ beschrieben. Das HLNUG verwendet den Gerätetyp APSA-370 der Firma Horiba. Messprinzip: Thermospannung Gerätetyp: Pyranometer Hersteller: Kipp & Zonen Für die Messung der Globalstrahlung mittels eines Pyranometers wird das Prinzip der Thermospannung genutzt. Die einfallende Strahlung bewirkt eine Erwärmung einer geschwärzten Empfangsfläche. Die hierdurch entstehende Übertemperatur gegenüber den geweißten Flächen wird mittels Thermosäulen in Thermospannungen umgesetzt. Die Thermosäulen bestehen aus einer Hintereinanderschaltung von Thermoelementen, deren „heiße“ Kontaktstellen mit den geschwärzten Empfängern thermisch verbunden sind, während die „kalten“ Kontaktstellen mit den geweißten Teilen der Empfangsfläche im thermischen Kontakt sind. Die Empfangsfläche muss gegen Witterungseinflüsse geschützt werden. Dafür wird Glas verwendet, das aufgrund seiner Eigenschaften die Strahlung im solaren Bereich passieren lässt. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 5 (2022): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Strahlung“ beschrieben. Messprinzip: piezokeramischer Absolutdrucksensor Gerätetyp: Barogeber Hersteller: Thies Das Messprinzip dieses Barogebers basiert auf dem piezoelektrischen Effekt , der die Änderung der elektrischen Polarisation und somit das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern bei elastischen Verformungen beschreibt. Wenn sich der Luftdruck ändert, bewirkt dies eine minimale Ladungsverschiebung auf molekularer Ebene in der Gitterstruktur der piezoelektrischen Keramik. Diese elektrische Ladung wird an der Kristalloberfläche erfasst und mit einem sogenannten Ladungsverstärker in ein Spannungssignal umgewandelt. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 16 (2022): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Luftdruck“ beschrieben. Messprinzip: Kippwagenimpuls Gerätetyp: Ombrometer Hersteller: Thies Das Ombrometer besteht aus einem Auffanggefäß und einer Wippe (Kippwaage) . Das aus dem Auffanggefäß ablaufende Niederschlagswasser wird auf eine Wippe mit einem Gefäß auf jeder Seite geführt, bis ein vorbestimmtes Wasservolumen in der einen Wippenseite erreicht ist. Dann kippt die Wippe um und entleert sich, während die andere Seite neu gefüllt wird. Durch eine geeignete elektronische Vorrichtung wird hierdurch ein Impuls erzeugt, der entsprechend gespeichert wird. Die Anzahl der Zählimpulse ist ein Maß für die Niederschlagshöhe, die Zählrate ein Maß für die Niederschlagsintensität. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 7 (2023): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Niederschlag“ beschrieben. Messprinzip: Haarharfe / Pt 100-Widerstandsthermometer Gerätetyp: Hygro-Thermogeber Hersteller: Thies Ein Hygro-Thermogeber dient zur Messung von Luftfeuchte und Temperatur. Dabei sind beide Messelemente, die auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren, in einem Gehäuse verbaut. Beim Haarhygrometer wird das Prinzip der Längenausdehnung von Haaren bei zunehmender Luftfeuchtigkeit ausgenutzt. Als Messelement dient eine Haarharfe , deren Ausdehnung über ein Hebelwerk umgesetzt und auf einer Skala angezeigt wird. Beim Pt 100-Widerstandthermometer wird die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands (Platin) genutzt. Im meteorologischen Messbereich von –50 °C bis 50 °C ist eine weitgehend lineare Temperaturabhängigkeit gegeben. Typischerweise werden Platin-Widerstandsthermometer mit einem Nennwiderstand von R (0 °C) = 100 Ohm (Pt100) eingesetzt. Der Widerstand wird von einem konstanten Strom durchflossen. Die Spannung, die proportional zum Widerstand ist, kann leicht gemessen und in eine Temperatur umgerechnet werden. Die hier beschriebenen und vom HLNUG verwendeten Verfahren sind in der VDI 3786 Blatt 4 (2013): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Luftfeuchte“ sowie in der VDI 3786 Blatt 3 (2012): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Lufttemperatur“ beschrieben. Messprinzip: Ultraschallmessstrecken Gerätetyp: Ultrasonic-Anemometer 2D Hersteller: Thies Das Ultrasonic-Anemometer erfasst Windgeschwindigkeit und Windrichtung in zwei räumlichen Dimensionen. Ultraschallwellen werden von der Luft mitgeführt, sodass die Laufzeit von Signalen über eine Messstrecke mit fester Länge von der Luftzirkulation abhängt. Eine Messstrecke wird durch ein Paar von Ultraschallwandlern gebildet, die sowohl als Sender als auch als Empfänger dienen können. Aus der Differenz der Laufzeiten für verschiedene Richtungen kann sowohl die Windgeschwindigkeit als auch die Windrichtung bestimmt werden. Das hier beschriebene und vom HLNUG verwendete Verfahren ist in der VDI 3786 Blatt 2 (2018): „Umweltmeteorologie – Meteorologische Messungen – Wind“ beschrieben. Weitere Hinweise zu Messverfahren und insbesondere zur Belastbarkeit der NO 2 -Passivsammler finden Sie hier: Stellungnahme Beurteilung der Luftqualität Fachbericht des LANUV zum PM-Ringversuch auf dem Gelände des HLNUG Es gibt eine neue Untersuchung zur Abscheidecharakteristik von PM 2,5 -Vorabscheidern , die die Untersuchung zur Abscheidecharakteristik von PM 10 -Vorabscheidern von 2010 ergänzt

Teilprojekt HTPEM / Truma

Das Projekt "Teilprojekt HTPEM / Truma" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Truma Gerätetechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung und Erprobung einer neuen leistungsfähigen MEA-Generation für den Einsatz in DMFC- und HTPEM-Brennstoffzellensystemen, die zu einer signifikanten Kostenreduzierung im Stackbereich führen soll. Das Projekt knüpft an an das Vorgängervorhaben STEP, in dem die Grundlagen für das ECPD-Verfahren (elektrochemische Pulsabscheidung) gelegt wurden und das jetzt zur Serienreife weiterentwickelt werden soll. Das Vorhaben wird zusammen mit den Unternehmen Elcomax (MEA-Hersteller) und SFC Energy (Anwender DMFC) durchgeführt. Aufgabe von Truma ist, die HT-PEM-MEA in das von Truma entwickelte Reformer-Brennstoffzellen-System zu adaptieren und zu erproben. Das System dient der Bordstromversorgung von Freizeitfahrzeugen und arbeitet mit dem im Caravaningmarkt bewährten und weit verbreiteten Energieträger Flüssiggas.

NextGenCell - The next generation of stationary fuel cells (NEXTGENCELL)

Das Projekt "NextGenCell - The next generation of stationary fuel cells (NEXTGENCELL)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vaillant GmbH durchgeführt. Objective: Designed as a joint EU and US collaborative effort in the framework of the EU-US Cooperation Agreement on fuel cells, NextGenCell aims to bring domestic fuel cell microCHP (1-5kWel) next step towards commercialisation. In FP5 Vaillant, Plug Power, and othe r European partners have demonstrated low temperature PEM fuel cell microCHP systems. Three major hurdles were identified: 1. Costs must be reduced significantly, 2. Reliability must be improved via system simplification, 3. System temperature must be increased. High Temperature (HT) PEM MEA technology at 160-180 C has the potential to overcome those hurdles. R&D on MEA, Fuel Cell System, components development and integration will lead to a developed and tested 1-5kW HT PEM fuel cell prototype microCH P system with modular design for global markets. Specific objectives relevant to TP 6.1 at production volumes are: 1. Total system costs less than 400 EUR/kW: - Significant system simplification (no CO clean-up and water management) - Increase mechanical stability of MEA - Reduction of system costs (e.g. of Balance of Plant, fuel processor, maintenance/recycling) and low cost bi-directional inverter development 2. Modular system design: - modular system design for different market applications (CHP and future tri-generation) - Increase electrical efficiency up to 35Prozent with 85Prozent total efficiency 3. Durability greater than 40.000 hours: - MEA Development with more stable cathode material and corrosion -resistant cathodes 4. Electronic control systems for optimal heat and power management and reduced costs; - CHP hydraulics concept Development (system scalability 1-5kW) - Embedded controller with 70Prozent less cost - microCHP Controls optimisation in a Virtual Power Plant. The team is based on strong industrial and scientifically partnership, includes a SME and participants from Acceding Country Bulgaria and Slovenia as one of the new member states. Five participants have expressed to join the Joint Technology Platform (JTI).

Effiziente Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen mit Hilfe eines Sprühwäschers - Sprühwäscher Upscale

Das Projekt "Effiziente Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen mit Hilfe eines Sprühwäschers - Sprühwäscher Upscale" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik durchgeführt. Ziel des Projekts ist die wissenschaftliche Untersuchung der nachgeschalteten CO2-Abtrennung aus Abgasen fossil befeuerter Kraftwerke. Dabei kommen sowohl neue technische Anlagenkonfigurationen als auch zu MEA alternative Waschlösungen zum Einsatz. Bei den alternativen Waschlösungen handelt es sich um ausgewählte Amine, wobei neue Mischungen sowie deutlich gesteigerte Konzentrationen untersucht und erprobt werden sollen. Ziel dabei ist es, den benötigten Energiebedarf zur Abtrennung des CO2 im Vergleich zu MEA zu senken. Als neue technische Variante wird der Einsatz eines Sprühabsorbers ohne Einbauten im Technikumsmaßstab untersucht. Durch den Einsatz der Sprühwäschertechnik wird ein kostengünstigerer Anlagenbau sowie flexiblerer Betrieb der Anlage erreicht werden. Des Weiteren werden im Rahmen der Versuche diverse technische Optionen und Verbesserungen erprobt. Eine Beschreibung der detaillierten Arbeiten befinden sich in beigefügtem Antrag sowie dem Übersichtsblatt 'Arbeitsplan'.

Teilprojekt: MEA-Entwicklung für den Mikro-Stack

Das Projekt "Teilprojekt: MEA-Entwicklung für den Mikro-Stack" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF Fuel Cell GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines hoch integrierten Mikrobrennstoffzellensystems, das hinsichtlich Kosten und Gewicht das Optimum des Standes der Technik darstellt. Dazu wird ein Mikro-Brennstoffzellesystem auf Basis von Hochtemperatur-PEM-Technologie entwickelt. PEMEAS entwickelt dafür eine kostenoptimierte Membran-Elektroden-Einheit (MEA) und unterstützt die Projektpartner bei der Anwendung der MEAs. Schwerpunkt bei PEMEAS ist die Reduktion der MEA-Kosten durch Verminderung des Platingehalts um 40 Prozent bei gleich bleibender Leistung. Von PEMEAS werden ausreichende Mengen an MEAs für die Projektpartner hergestellt (Test und Prototyp). Weiterhin wird ein fertigungsfreundliches MEA Design entwickelt, das für den Schritt in die kostengünstige Massenproduktion geeignet ist. PEMEAS unterstützt die Projektpartner bei der Anwendung der MEAs, wie zum Beispiel bei der Auswahl von Stack-Materialien und bei der Ermittlung geeigneter Betriebsbedingungen. Die von PEMEAS entwickelte kostenoptimierte MEA kann über MIMEMIZ hinaus bei anderen Kunden aus dem Bereich der Mikro-BZ eingesetzt werden.

Wirkung von Additiven auf die Lösungsmechanismen von Flugaschen in zementären Systemen

Das Projekt "Wirkung von Additiven auf die Lösungsmechanismen von Flugaschen in zementären Systemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Materialprüfungsamt für das Bauwesen, Baustoffe, Centrum Baustoffe und Materialprüfung durchgeführt. Steinkohlenflugasche (SFA) ist ein wertvoller und wichtiger Zusatzstoff für Beton. Neben günstigen Einflüssen auf die Verarbeitbarkeit von Frischbeton und die Dauerhaftigkeit von Festbeton können durch Zementeinsparung Ressourcen geschont und CO2 Emissionen reduziert werden. Nachteilig ist die späte puzzolanische Reaktion von SFA. Um diese Reaktion zu beschleunigen werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens organische, OH-gruppenhaltige Verbindungen eingesetzt, die die Glasstruktur der SFA auflösen und somit die Phasenbildung beschleunigen. Bei den verwendeten Additiven handelt es sich um Ethanolamine, die bereits in der Zementherstellung als Mahlhilfe Anwendung finden und Oxycarbonsäuren. Um die Wirkung dieser Additive auf die Lösung des Flugascheglases zu untersuchen werden künstliche Flugaschegläser hergestellt. In künstlichen Porenlösungen aus Kaliumhydroxid-Lösung (pH = 13) mit einem Calcium-Puffer aus Calciumhydroxid werden Lösungsversuche an diesen Flugaschegläsern durchgeführt. Die Porenlösungen werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit der ICP-OES analysiert. An realen Flugaschen mit ähnlicher Zusammensetzung wie die künstlich hergestellten, werden weitere Lösungsversuche durchgeführt. Bei diesen weiteren Untersuchungen werden auch unterschiedliche Flugasche/Lösungs-Verhältnisse untersucht. Die Erkenntnisse aus den Lösungsverhalten von Flugaschen unter Zugabe von Additiven werden auf flugaschehaltige Zementleime übertragen. Dabei wird 25 M.-%, 50 M.-% und 75 M.-% Zement (CEM I) durch SFA ersetzt. Neben den Erstarrungszeiten werden auch Wärmeflussdaten der flugaschehaltigen Zementleime unter Zugabe von Additiven untersucht. Porenlösungen werden mit ICP-OES analysiert und mit Ergebnissen aus den Lösungsversuchen verglichen. In einem weiteren Schritt werden flugaschehaltige Mörtel auf ihre Festigkeitsentwicklung und die zeitliche Veränderung der Porosität untersucht. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Mechanismen der Auflösung des Flugascheglases durch organische Verbindungen zu beleuchten und Aussagen über den Zusammenhang von Lösungsverhalten und Zusammensetzung von SFA zu treffen.

Hot PEM: Entwicklung neuer Membranen Das Projekt vereint neueste Membrantechnologie und die Modif. durch Ionenleitstrukturen zur Erreichung einer Protonenleitfähigkeit, ohne notw. externe Befeuchtung zur Entw. von PEM Hochtemperaturbrennstoffzellen

Das Projekt "Hot PEM: Entwicklung neuer Membranen Das Projekt vereint neueste Membrantechnologie und die Modif. durch Ionenleitstrukturen zur Erreichung einer Protonenleitfähigkeit, ohne notw. externe Befeuchtung zur Entw. von PEM Hochtemperaturbrennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von 3M Deutschland GmbH durchgeführt. Die derzeitig verwendeten Membranen für PEM-Brennstoffzellen benötigen Wasser, um ihre hohe Leitfähigkeit zu wahren. Als Lösungsansatz wird die Kombination der neuesten 3M Membrantechnologie mit der Technologie anorganischer Protonenleiter angestrebt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuartigen Membrantechnologie, die zurzeit nicht herstellbar ist. Gezielte Polymerisation/Herstellung der Membran und Einbau von Schichtphosphate und schnellen Ionenleitern ist geplant. 1. Auswahl geeigneter Protonenleiter 2. Anpassung der Polymerstruktur 3. Membranerstellung und Charakterisierung. 4. MEA Erstellung und elektrochemische Charakterisierung 5. Alterungstests und Dauerhaftigkeitsevaluierung. Das Ziel des HotPEM Projekts ist die Umsetzung der Projektidee in eine funktionelle Membran mit einer Leitfähigkeit unabhängig von der Umgebungsbefeuchtung. Diese soll auch in der Brennstoffzelle verlässlich arbeiten und die übrigen Komponenten der Brennstoffzelle nicht negativ beeinflussen. Die zu entwickelnde Membran soll zunächst in einer in Deutschland noch aufzubauenden Pilotfertigung hergestellt werden.

BZ-Battext: Brennstoffzellensystem als Batterieextender

Das Projekt "BZ-Battext: Brennstoffzellensystem als Batterieextender" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von between Lizenz GmbH durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung von neuen kostengünstigen Membranen und MEA's für die DMFC mit einem sehr geringen Methanoldurchtritt, hoher Protonenleitfähigkeit und einer einstellbaren Wasserdiffusion. Weiteres Ziel ist es die Polymere in ausreichender Menge herzustellen um die Membranen auf einer Maschine zu fertigen. Ebenso soll die MEA auch auf einer Maschine in Verbindung mit dem Projektpartner DLR gefertigt werden. Bereits entwickelte Membranen werden reproduziert. Ein 'alternatives' Polybenzimidazol wird synthetisiert. Zwei Membrankonzepte werden vereinigt zu einer Membran mit niedrigen Methanoldurchtritt und hoher Protonenleitfähigkeit. Ein weiteres Membrankonzept wird erforscht um sehr gute Membranen für die DMFC zur Verfügung zu stellen. Die Membranen werden auf einer Maschine produziert. Aus allen Membranen werden mit dem Partner DLR MEA's hergestellt. Patente werden von 'between' angemeldet und verwertet. Die Polymere, Membranen und MEA's werden zur Produktion gebracht und auf dem Markt angeboten. Die Materialien werden in Anwendungen außerhalb der Brennstoffzelle kommerzialisiert.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mitsubishi Power Europe GmbH durchgeführt. Im hier beantragten Forschungsprojekt soll die Optimierung und Ergänzung der Bereitstellung des Rohstoffs CO2 aus einer Rauchgaswäsche zur weiteren Verwendung für den Power-to-Fuel-Prozess (P2F) erforscht und untersucht werden. Dieser Einsatz setzt neben einem zuverlässigen und dynamischen Betrieb der CO2-Rauchgaswäsche bestimmte Anforderungen an den Rohstoff CO2 voraus. Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt in der robusten und optimierten Bereitstellung von CO2 einschließlich der Einhaltung erforderlicher CO2-Reinheitsanforderungen und des notwendigen CO2-Gasdrucks für die im P2F-Prozess folgende Methanolsynthese-Einheit. Dazu ist die Integration eines Verdichters, der zusätzlich die Funktion einer Feinreinigung des CO2 erfüllen soll, an die Anlage zur CO2-Abscheidung der Universität Duisburg-Essen am Kraftwerkstandort in Lünen vorgesehen. Neben der Erfüllung der Anforderungen an den Rohstoff CO2 spielen ebenfalls die Optimierung der Anbindung der CO2-Verdichtung an die CO2-Abscheidung und die Interaktion dieser Komponenten mit der nachfolgenden Methanolsynthese-Einheit eine entscheidende Rolle. Hierbei liegt der Fokus besonders auf der Untersuchung der Dynamik der Einzelsysteme infolge von Laständerungen der CO2-Abscheidung und der Auswirkungen auf den Gesamtprozess, um die Anforderungen einer flexiblen Fahrweise innerhalb der P2F-Technologie zu gewährleisten. Ein ausführlicher Arbeitsplan findet sich in Kapitel 8 der Vorhabenbeschreibung. In den ersten zehn Monaten wird das CO2-Verdichterkonzept mit Reinigung entwickelt. Die Inbetriebnahme und der Betrieb des CO2-Verdichters erfolgt in den darauf folgenden 12 Monaten, um die Anlagendynamik und die CO2-Qualität zu untersuchen. Daneben finden theoretische Modellierungen der Verdichtung statt. Das Scale-Up und die Wirtschaftlichkeitsanalyse der CO2-Bereitstellung sowie die Untersuchung der Flexibilisierungspotentiale von fossilen Kraftwerken runden den Arbeitsplan ab.

Klaergasaufbereitung zur Erhoehung des Brennwertes auf H-Gas-Qualitaet

Das Projekt "Klaergasaufbereitung zur Erhoehung des Brennwertes auf H-Gas-Qualitaet" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landeshauptstadt Stuttgart, Tiefbauamt durchgeführt. Entfernung von CO2 und H2S aus dem Klaergas (Heizwert 6,5 KWh/m3). Dadurch wird der Brennwert angehoben und Umweltbeeinflussungen durch Schwefel werden vermieden. Zur Reinigung wird Monoethanolamin verwendet. Die Regeneration der Lauge erfolgt bei einer Temperatur von 110 Grad C und einem Druck von 0,5 bar. Zur Trocknung wird das aufbereitete Gas ueber Aluminiumoxide gefuehrt, das thermisch regeneriert wird. Das gereinigte Gas kann bei Bedarf mit Fluessiggas noch nachkonditioniert werden, damit der Brennwert von H-Erdgas (11,2 KWh/m3) erreicht wird.

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