Das Projekt "Entwicklung von biobasierten Klebstoffen mit Flammschutzwirkung als Mehrwert für Holzwerkstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Bereich Ingenieurwissenschaften, Institut für Naturstofftechnik, Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik durchgeführt. In einer Vielzahl von Anwendungsbereichen im Bau und der Möbelindustrie, im Fahrzeugbau oder im Verpackungsbereich werden neben Bindemitteln zusätzlich Flammschutzmittel verwendet. Als Rohstoffbasis kommen dabei Harnstoff-, Melamin- und Phenolharze oder anorganische Salze zum Einsatz. Die Zusammensetzungen sind in Bezug auf Toxizität, Umweltverträglichkeit sowie Abbaubarkeit kritisch zu betrachten und werden von Verbrauchern immer weniger akzeptiert. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von biobasierten Klebstoffen mit gleichzeitiger Flammschutzwirkung und einer guten Wasserbeständigkeit als Mehrwert für Holzwerkstoffe. Durch die Verwendung der zu entwickelnden Klebstoffe müssen keine weiteren Additive wie zusätzliche Flammschutz- oder Hydrophobierungsmittel eingesetzt werden. Es sollen die notwendigen mechanischen, chemischen sowie Flammbeständigkeiten für die jeweiligen Werkstoffe erreicht werden. Als Ausgangsmaterialien für diese Entwicklung stehen unterschiedliche Additive mit Klebkraft- und Flammschutzpotential aus nachwachsenden Roh- und Reststoffen wie Stärke, Stärkeabbauprodukte, Lignin und Hemicellulosen aus Ablaugen der Zellstoffindustrie sowie Extraktstoffe aus Rinden zur Verfügung. Diese werden zunächst modifiziert und anschließend hinsichtlich ihrer Klebkraft und Flammschutzwirkung in verschiedenen Holzwerkstoffen (Holzfaserdämmstoffe, mitteldichte Faserplatten, Furnierwerkstoffen) getestet und optimiert. Als Projektergebnis entstehen multifunktionale Klebstoffe, die emissionsarm und gesundheitlich unbedenklich sind. Es werden nachwachsende Substanzen aus der land- und forstwirtschaftlichen Produktion sowie Nebenprodukte der Kaskadennutzung verwendet. Der große Markt für Bindemittel und Flammschutzmittel lässt bei der Verwendung dieser neuen Bindemittelkombination eine Einsparung von Additiven auf Basis fossiler Rohstoffe zu und verbessert damit die CO2-Bilanz der Produktgruppen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Thermochemische Datenbank und Software für PCM Systeme (TDS-PCM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GTT Gesellschaft für Technische Thermochemie und -physik mbH durchgeführt. Thermische Speicher erweisen sich mit einer hohen Ausspeicherdauer und guter Speicherkapazität als ein zentrales Element zur Systemintegration und Flexibilisierung des zukünftigen Energiesystems. Sie sollen einen Beitrag zur Nutzung schwankender Erträge aus lokal oder zeitlich begrenzt verfügbaren Quellen und damit schließlich zur Einsparung von Primärenergie sowie zur Erhöhung der Versorgungssicherheit leisten. Latentwärmespeicher (engl. Phase Change Material - PCM) ermöglichen durch die Ausnutzung von Phasenumwandlungen hohe Speicherdichten bei geringen Temperaturdifferenzen. Da die Verfügbarkeit an Reinstoffen mit passenden Schmelztemperaturen begrenzt ist, sind als PCM vor allem eutektische Gemische von Interesse, deren thermochemisches Verhalten eine den Reinstoffen vergleichbare Charakteristik aufweist. In der ersten Projektphase des Verbundes wurde ein Konzept zum Screening geeigneter Stoffsysteme (polynäre Eutektika) durch thermodynamische Modellrechnungen etabliert, so dass aufwändige 'trial-and-error'-Verfahren mit thermochemischen Methoden vermieden werden können. In der aktuellen Projektphase sollen thermochemische Daten für die Entwicklung aussagefähiger Stoffdatenbanken von anorganischen Salzen als PCM durch experimentelle Methoden und atomistische Rechnungen gewonnen werden. Auf der Grundlage dieser Daten werden Modelle zur zuverlässigen Beschreibung von Mehrkomponentensystemen weiterentwickelt und in einer Modellparameterdatenbank gesammelt. Wesentliches Anliegen des Projekts ist die Validierung von Modellen zur Beschreibung von Mehrkomponentensystemen im Vergleich mit experimentellen Daten. Die Betrachtung von wasserhaltigen und wasserfreien Stoffsystemen ermöglicht die Evaluierung im Einsatztemperaturbereich von -20 Grad Celsius bis 750 Grad Celsius. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von einer thermodynamischen Datenbank sowie Rechen- und Visualisierungs-Software für wasserhaltige und wasserfreie PCM-Systeme.
Das Projekt "ForschungsprämieZwei: Latentwärmespeicher zum Ausgleich von Asynchronitäten zwischen Ofen- und Trocknerbetrieb in Ziegeleien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Ziegelforschung Essen e.V. durchgeführt. Beim Brennen von Ziegeln fällt Kühlluft an, deren Enthalpie mit dem Durchschnittsenergiebedarf der Rohlingstrocknung übereinstimmt. Der Energieverbund wird durch Asynchronitäten gestört, die durch produktionsbedingte Schwankungen der Verdunstungsleistung verursacht werden. Hierdurch entstehen zeitweise Energieüberschüsse, während zu anderen Zeiten zusätzliche Energien aufgebracht werden müssen. Der hierdurch erforderliche Mehrbedarf liegt bei 10 bis 30 Prozent der insgesamt zur Ziegelproduktion benötigten Energie. Wegen des großen Platz- und Investitionsbedarfs ist es bisher nicht zum industriellen Einsatz von Wärmespeichern zum Ausgleich der Asynchronitäten gekommen. Neuerdings gibt es erheblich kleinere Anlagengrößen durch den Einsatz von Latentwärmespeichern, die auf Phasenumwandlungen anorganischer Salze im Bereich von 150 bis 300 C beruhen. Das beantragte FuE-Vorhaben soll die für Zwecke der Ziegelindustrie geeigneten Latentwärmespeicher herausarbeiten und damit das Institut für Ziegelforschung Essen e. V. in die Lage versetzen, mit höherer Beratungskompetenz zur energiearmen Ziegelproduktion in Kooperationsaktivitäten mit Zieglern als Industriepartnern einzutreten.
Das Projekt "Chem-Biotech - Biotechnologische Produktion von natürlichem (+)-Nootkaton" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl Technische Biochemie durchgeführt. Nootkaton findet wegen seines intensiven citrusartigen Geruchs breite Anwendung als Riech- und Duftstoff in der Kosmetik- und Arzneimittelindustrie und als Aromastoff für Lebensmittel. Zu seiner Chemosynthese aus Valencen werden beim klassischen Dichromatverfahren pro Tonne ca. 50 Tonnen Tetrachlorkohlenstoff als Reaktionsmedium und Extraktionsmittel sowie u.a. 1,68 Tonnen t-Butanol, 2,27 Tonnen CrO3 und ca. 2 Tonnen Acetanhydrid benötigt. Neuere Verfahren benutzen als Oxidationsmittel Peroxide oder Oxon/OsO4, die bei Verwendung im industriellen Maßstab ebenfalls Sicherheits- und Umweltprobleme (MAK-Wert OsO4 0,002 mg/m3.) sowie eine Fülle unerwünschter, aufwendig abzutrennender Nebenprodukte generieren. Die notwendigen Chemikalien werden aus Erdöl unter Verwendung gefährlicher Arbeitsstoffe und mit hohem Energieeinsatz hergestellt. Je Tonne Nootkaton werden für die Temperierung des Reaktionsgemisches ca. 12 Mio kJ und für die destillative Trennung 34 Mio kJ (ohne Vakuumerzeugung) kalkuliert; dies allein (ohne Vakuumerzeugung und Kondensationsenergie) entspricht ca. 4450 kg CO2-Equivalenten. Der Projektvorschlag zielt auf die Substitution der herkömmlichen chemosynthetischen Verfahren zur Produktion von Nootkaton durch einen alternativen Bioprozess: Getrocknetes Mycel des essbaren Basidiomyceten Pleurotus sapidus dient als konzentrierter Biokatalysator für die nebenproduktarme Oxidation des Sesquiterpenkohlenwasserstoffs Valencen (aus Orangenöl) zu (+)-Nootkaton. Im Labormaßstab liefert das Verfahren die derzeit besten Raum/Zeitausbeuten aller Bioprozesse zur Synthese natürlichen Nootkatons. Als Substrate zur Submerskultivierung des Speisepilzes P. sapidus dienen organische Substrate wie Melasse oder Molke und anorganische Salze wie NH4NO3 als Stickstoffquelle. Biotransformation und Stofftrennung (DSP) erfolgen unter ressourcenschonenden Bedingungen (Umgebungstemperatur und -druck, neutraler pH-Wert, geschlossene Kreisläufe). Der Bioprozess nutzt als Oxidationsmittel molekularen Luftsauerstoff und benötigt eine vergleichsweise geringe Menge recyclierbares Lösungsmittel zur Desorption des Zielproduktes Nootkaton vom zuvor beladenen Adsorbens.
Das Projekt "Teilvorhaben: Thermochemie wasserfreier Salzsysteme für PCM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-2: Werkstoffstruktur und -eigenschaften durchgeführt. Thermische Speicher erweisen sich mit einer hohen Ausspeicherdauer und guter Speicherkapazität als ein zentrales Element zur Systemintegration und Flexibilisierung des zukünftigen Energiesystems. Sie sollen einen Beitrag zur Nutzung schwankender Erträge aus lokal oder zeitlich begrenzt verfügbaren Quellen und damit schließlich zur Einsparung von Primärenergie sowie zur Erhöhung der Versorgungssicherheit leisten. Latentwärmespeicher (engl. Phase Change Material - PCM) ermöglichen durch die Ausnutzung von Phasenumwandlungen hohe Speicherdichten bei geringen Temperaturdifferenzen. Da die Verfügbarkeit an Reinstoffen mit passenden Schmelztemperaturen begrenzt ist, sind als PCM vor allem eutektische Gemische von Interesse, deren thermochemisches Verhalten eine den Reinstoffen vergleichbare Charakteristik aufweist. In der ersten Projektphase des Verbundes wurde ein Konzept zum Screening geeigneter Stoffsysteme (polynäre Eutektika) durch thermodynamische Modellrechnungen etabliert, so dass aufwändige 'trial-and-error'-Verfahren mit thermochemischen Methoden vermieden werden können. In der aktuellen Projektphase sollen thermochemische Daten für die Entwicklung aussagefähiger Stoffdatenbanken von anorganischen Salzen als PCM durch experimentelle Methoden und atomistische Rechnungen gewonnen werden. Auf der Grundlage dieser Daten werden Modelle zur zuverlässigen Beschreibung von Mehrkomponentensystemen weiterentwickelt und in einer Modellparameterdatenbank gesammelt. Wesentliches Anliegen des Projekts ist die Validierung von Modellen zur Beschreibung von Mehrkomponentensystemen im Vergleich mit experimentellen Daten. Die Betrachtung von wasserhaltigen und wasserfreien Stoffsystemen ermöglicht die Evaluierung im Einsatztemperaturbereich von -20 Grad Celsius bis 750 Grad Celsius. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der thermodynamischen Modellierung und experimentellen Untersuchung von PCMs auf Basis wasserfreier Salzsysteme für Hochtemperatur-Wärmespeicher, z.B. für Solarkraftwerke.
Das Projekt "Teilvorhaben: Thermodynamische Modellierung und experimentelle Untersuchung salzhydratbasierter PCM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur Technische Thermodynamik durchgeführt. Thermische Speicher erweisen sich mit einer hohen Ausspeicherdauer und guter Speicherkapazität als ein zentrales Element zur Systemintegration und Flexibilisierung des zukünftigen Energiesystems. Sie sollen einen Beitrag zur Nutzung schwankender Erträge aus lokal oder zeitlich begrenzt verfügbaren Quellen und damit schließlich zur Einsparung von Primärenergie sowie zur Erhöhung der Versorgungssicherheit leisten. Latentwärmespeicher (engl. Phase Change Material - PCM) ermöglichen durch die Ausnutzung von Phasenumwandlungen hohe Speicherdichten bei geringen Temperaturdifferenzen. Da die Verfügbarkeit an Reinstoffen mit passenden Schmelztemperaturen begrenzt ist, sind als PCM vor allem eutektische Gemische von Interesse, deren thermochemisches Verhalten eine den Reinstoffen vergleichbare Charakteristik aufweist. In der ersten Projektphase des Verbundes wurde ein Konzept zum Screening geeigneter Stoffsysteme (polynäre Eutektika) durch thermodynamische Modellrechnungen etabliert, so dass aufwändige 'trial-and-error'-Verfahren mit experimentellen Methoden vermieden werden können. In der aktuellen Projektphase sollen thermochemische Daten für die Entwicklung aussagefähiger Stoffdatenbanken von anorganischen Salzen als PCM durch experimentelle Methoden und atomistische Rechnungen gewonnen werden. Auf der Grundlage dieser Daten werden Modelle zur zuverlässigen Beschreibung von Mehrkomponentensystemen weiterentwickelt und in einer Modellparameterdatenbank gesammelt. Wesentliches Anliegen des Projekts ist die Validierung von Modellen zur Beschreibung von Mehrkomponentensystemen im Vergleich mit experimentellen Daten. Die Betrachtung von wasserhaltigen und wasserfreien Stoffsystemen ermöglicht die Evaluierung im Einsatztemperaturbereich von -20 Grad Celsius bis 750 Grad Celsius. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der thermodynamischen Modellierung und experimentellen Untersuchung von PCM-Gemischen auf Basis anorganischer Salzhydrate für Anwendungen bis ca. 100 Grad Celsius vor allem in der Gebäudetechnik.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Technologie-Entwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GICON-Großmann Ingenieur Consult GmbH durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung und Realisierung eines Konzeptes zur stofflichen und energetischen Kopplung einer kostengünstigen Mikroalgenproduktion mit einem innovativen 2-stufigen Biogasprozess hinsichtlich einer verbesserten Material- und Energiebilanz beider Verfahren, basierend auf dem synergistischen Zusammenwirken der aufeinander angepassten Prozesse bei gleichzeitiger Minderung der bei deren Alleinbetrieb auftretenden Nachteile. So soll eine verbesserte Ausnutzung von NawaRo-Biogasanlagen durch Erreichen höherer Raum-Zeit-Ausbeuten und Biogasqualität, effizienteres Nährstoffrecycling (anorganische Salze, organische N- und C-Quellen, CO2) und damit auch eine deutliche Kostenreduktion bezogen auf den Gesamtprozess erreicht werden. Dieses wird u.a. durch direktes Einbringen einer vorkonzentrierten Mikroalgensuspension in den neuartigen Perkolator erfolgen, welcher durch seine prozessimmanente Wirkung als Festbettfilter die ansonsten erforderliche kostenintensive Aufarbeitung der Algenbiomasse einspart.
Das Projekt "Intelligente Sorptionsmaterialien für die Wasseraufbereitung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. durchgeführt. Die Bereitstellung von Wasser als Trink- und Brauchwasser erfordert schon heute in vielen Teilen Europas große Anstrengungen und verursacht entsprechend hohe Kosten. Für Europa wird die Wasserversorgung mittlerweile für nahezu die Hälfte der Bevölkerung als potenzielles Problem gesehen, wodurch die Aufbereitung von Wasser an Bedeutung gewinnt. Neben den herkömmlichen Methoden der Wasserreinigung, wie der Entfernung von Trübstoffen mittels Fällung bzw. Flockung mit Hilfe anorganischer Salze oder wasserlöslicher Polymere, sogenannter Polyelektrolyte, gewinnen Sorbentien zunehmend an Bedeutung. Bisher existieren keine befriedigenden Lösungen und es besteht ein enormer Forschungsbedarf. Das vorliegende Projekt 'Intelligent Sorption Materials for Water Treatment' (ISOMAT) umfasst folgende Themen (i) Entwicklung von Biomaterialien auf der Basis nachwachsender Rohstoffe - wie Biopolymere, Naturfasern, natürliche Abfallstoffe - mit spezifischen umweltfreundlichen Eigenschaftsprofilen durch die Ladungsmodifizierung mit Polyelektrolyten, Polyelektrolytkomplexen, Polyelektrolyttensidkomplexen und Blockcopolymeren (ii) Entwicklung umweltfreundlicher, effizienter Trenn- und Anreicherungsverfahren für seltene Erden, Oxyanionen, Eisenionen, pharmazeutische Stoffe wie Antibiotika und Stimulantien wie Crystal Meth. Ein Schwerpunkt liegt in der Entfernung und Abtrennung von Mikroverunreinigungen und weitere im Recycling und der Wiedergewinnung von Rohstoffen. Angestrebte Ergebnisse sind die Präzisierung der bereits bestehenden Kooperationen sowie der Aufbau neuer Kontakte unter Einbeziehung der Industrie.
Das Projekt "Katalytische Konversion von nachwachsenden Rohstoffen im Mikroreaktor (KonaRoM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Regensburg, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Kohlenhydrate sind als nachwachsende Rohstoffe im industriellen Maßstab in hochreiner Form verfüg-bar. Ziel des vorgelegten Projekts war es, neue chemische Methoden zu identifizieren, zu optimieren und im Pilotmaßstab zu realisieren, mit denen eine effiziente Umwandlung ungeschützter Kohlenhydrate in wertvolle Feinchemikalien gelingt. Von den drei Forschungsansätzen konnte die Konversion von Furfurylalkohol zu 4-Hydroxy-2-cyclo-pentenon durch den Einsatz von Mikroreaktortechnik deutlich verbessert und im Maßstab vergrößert werden. Diese zeigt an einem wichtigen Beispiel das Potential der Mikroreaktionstechnik für die chemische Umwandlung von nachwachsenden Rohstoffen in Feinchemikalien. Allerdings wird auch deutlich, dass jeweils die spezifischen Umstände der jeweiligen Reaktion oder Stoffgruppe berücksichtigt werden müssen und zum erreichen optimaler Reaktionsbedingungen eine genaue Optimierung erforderlich ist.
Das Projekt "Löslichkeit von molekularen und ionischen Präkursoren in ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl für Thermodynamik durchgeführt. Der Erfolg der ionothermalen Synthese ist entscheidend von der Auswahl geeigneter Precursors abhängig. Das Hauptziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines allgemeinen thermodynamischen Verfahrens basierend auf der prädiktiven Zustandsgleichung electrolyte PC-SAFT (ePC-SAFT). Es wird eine Modellstrategie entwickelt und angewendet, die es erlaubt, die Löslichkeit von flüssigen oder festen Präkursoren in ionischen Flüssigkeiten (ILs), die als geeignete Lösungsmittel für ionothermale Synthesen verwendet werden, vorauszusagen. Als feste Präkursoren betrachten wir anorganische Salze; dies ist an die Synthese von Metallnanopartikeln in ILs angelehnt. Als flüssige Präkursoren werden homologe Reihen organischer Verbindungen (Alkane, Alkene, Aromaten, Alkohole, Ether, Ester) untersucht Die Entwicklung und Parametrisierung von ePC-SAFT wird mit Hilfe von zuverlässigen experimentellen Daten aus Literatur, aber auch anhand neuer Daten durchgeführt. In diesem Zusammenhang experimentelle Studien zu thermodynamischen Eigenschaften reiner ILs und Präkursoren sowie der Eigenschaften ihrer binären Mischungen durchgeführt. Die daraus entstandenen Daten dienen als Inputdatensätze der Entwicklung und Validierung des zu entwickelnden Modellansatzes innerhalb ePC-SAFT. Dies ermöglicht Modellvorhersagen, um letztendlich ILs als Synthesemedium für feste und flüssige Präkursoren zu screenen. Um die Anwendung von thermodynamischen Parametern, die aus binären Mischungen Präkursor-IL zu Mehrkomponenten-Systemen erhalten werden, weiter voranzutreiben, wird eine zusätzliche Validierung des ePC-SAFT Modells durch experimentelle und theoretische Untersuchung von zwei reaktiven Systemen durchgeführt. Diese Systeme bestehen aus den Reaktionsteilnehmern sowie dem Lösungsmittel (auch ILs).Die Erstellung von thermodynamischen Ergebnissen in Systemen Präkursor-IL ermöglicht die Entwicklung einer allgemeinen Löslichkeits-Skala mit dem Ziel ILs hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit für die ionothermale Synthese und deren Verwendung als Lösungsmittel in reaktiven Systemen prädiktiv auszuwählen. Die so entwickelte Skala hat ein enormes Potenzial, die Anwendung von Ils auf eine breite Palette von molekularen und ionischen Präkursoren zu verbreitern und zu verbessern.
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