Carnival-Maritime (CMG) wirkt im Forschungsprojekt CLEAN bei der Entwicklung und Optimierung des Anaerob-Reaktors mit und setzt die Rahmenbedingungen und Zielsetzung für die Technologieanwendung. Der Fokus liegt dabei auf dem maritimen Umweltschutz. CMG verfügt über langjährige Erfahrungen im Betrieb von Passagierschiffen und den daraus resultierenden Anforderungen an maritime Technologien. Das Verfahren muss so spezifiziert werden, dass es an die Platzverhältnisse, Betriebsmöglichkeiten, Umgebungsbedingungen und die vorhandenen Stoffströme angepasst ist. Ein besonderer Schwerpunkt muss dabei auf der Umsetzung des Designs entsprechend der geltenden Vorschriften erfolgen. Die Nutzung von brennbaren Gasen an Bord von Passagierschiffen erfordert die Einhaltung hoher Sicherheitsstandards, die zum Erreichen einer Anlagenzertifizierung nachzuweisen sind. Das entwickelte Verfahren soll dann in einem Demonstrator noch zu definierender Größe an Bord eingesetzt werden. Die Größe soll so gewählt werden, dass das Verfahren realistisch abgebildet wird, aber eine Nachrüstung an Bord eines im Betrieb befindlichen Schiffes problemlos möglich ist. CMG wird den Einbau des Demonstrators organisieren, wobei die durchzuführenden Arbeiten für ein Fundament und die Anschlüsse an die Schiffssysteme von CMG Bordpersonal oder Unterauftragnehmern durchgeführt werden. Der Anlagenbetrieb wird durch CMG Bordpersonal betreut. Die Parameter und Betriebszustände sollen dabei so variiert werden, dass das Verfahren wissenschaftlich analysiert werden kann. Ein optimiertes und marinisiertes Verfahren zur anaeroben Nutzung organischer Reststoffe bietet dann Möglichkeiten, die Energieflüsse an Bord aller Schiffe in der CMG-Flotte zu verbessern.
Die Holzpellets werden in einem langgestreckten Gegenstromvergaser vergast. Der Vergaser ist so ausgelegt, dass das generierte Produktgas die Pelletschüttung durchströmt und sich dabei abkühlt. Durch den Abkühlungseffekt kondensieren Feuchtigkeit, langkettige Teere sowie dampfförmige Aschebestandteile (Salze und Oxide von Alkalielementen) aus. Das brennbare Gas, das aus der Schüttung austritt, hat nachweislich einen sehr geringen Partikelgehalt. Das bei der Verbrennung entstandene Heißgas führt in nachfolgenden Wärmeüberträgern nicht mehr zur Verschmutzung und kann somit auch in der Kraft-Wärme-Kopplung mit Stirlingmotoren genutzt werden. Das Verfahren wurde mit dem Brennstoff Biomassehackgut und durch die Anwendung eines Linearkolbenstirlingmotors der Fa. Microgen experimentell überprüft. Im Gegensatz zu Hackgut weisen Holzpellets die Eigenschaft auf, dass sie bei Einwirkung von Kondensat aufquellen. Dies führt in einem Rohrreaktor zu Blockaden. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein Reaktor mit einem verschiebbaren Konus entwickelt, der im Rahmen des beantragten Vorhabens getestet werden soll. 1.) Im Rahmen des beantragten Vorhabens soll der neuartige Reaktor gefertigt und in den vorhandenen Prüfstand integriert werden. 2.) Der Prüfstand soll mit dem neuen Reaktor in Betrieb genommen werden. 3.) Es soll das zulässige Betriebskennfeld des Reaktors ermittelt werden. 4.) Durch Analysen des Feinstaubgehalts sowie der Feinstaubinhaltsstoffe im Produktgas soll der Reinigungseffekt nachgewiesen werden. 5.) Nachweis des sicheren, sowie emissionsarmen Betriebs der Anlage mit dem neuen Reaktor sowie dem Freikolbenstirlingmotor von Microgen.
Mit dem Hintergrund verschaerfter gesetzlicher Grenzwerte fuer die Verwertung und Entsorgung von Klaerschlaemmen wird im Rahmen des Projektes das Verfahren der Brennstofftrennstufung unter dem schwerpunktmaessigen Einsatz von Klaerschlaemmen zur Verringerung von Stickoxidemissionen in Steinkohlenstaubfeuerungen weiterentwickelt. Hierbei stellt die Verwendung der Gase und Teerdaempfe aus der Klaerschlammpyrolyse in der Feuerung einen Weg zur Verwertung dar. Auch im Hinblick auf eine vereinfachte genehmigungsrechtliche Situation werden in dem thermischen Vorbehandlungsverfahren belastete biogene Brennstoffe in ein energiereiches Gas zur Mitverbrennung und einen Reststoff getrennt. Der Vorteil dieses Prozesses ist der getrennte Anfall der Aschen aus der Klaerschlammpyrolyse und der Kohlenverbrennung. Weiterhin wird die Mitverbrennung eines aus biogenen Einsatzstoffen erzeugten Gases ermoeglicht, ohne die Kohlenverbrennung hinsichtlich betrieblicher Probleme, wie Verschlackung, Korrosion und Verschmutzung, zu beeinflussen. Ebenso werden Bestandteile, die zu Emissionsproblemen fuehren koennen, waehrend des Vorbehandlungsprozesses in den Reststoff gebunden. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Charakterisierung der Pyrolysegase und -teere, insbesondere hinsichtlich ihrer Reduktionswirkung als Stufungsbrennstoff. Hierfuer wird der Einfluss verschiedener prozessbedingter Randbedingungen, wie die Entgasungstemperatur und -atmosphaere und der Reaktortyp (Flugstrom und Wirbelschicht), und brennstoffspezifischer Parameter, wie Zusammensetzung, Feuchte und Aufmahlung, auf die Pyrolysequalitaet hin untersucht. Ein weiterer Schwerpunkt der Untersuchungen liegt in der Analyse der Pyrolyserueckstaende, vor allem im Hinblick auf Schwermetallgehalte und Umsetzung der organischen Substanz.
Thema: Mittelfristig ist es notwendig, realisierbare Biokraftstofftechnologien einzuführen, die das Spektrum möglicher Einsatzstoffe gegenüber der Biodiesel- und Bioethanolherstellung erweitern. In diesem Projekt sollen bisher nicht zur Kraftstoffherstellung genutzte Reststoffe und Koppelprodukte der technischen Pflanzenölnutzung für dieses Anwendungsfeld erschlossen werden. Ziele: Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Verfahren zur Konversion verschiedener ölpflanzenstämmiger Rest- und Abfallstoffe in biogene, flüssige Treibstoffe. Die neuen Treibstoffe sollen gemeinsam mit lignozellulosestämmigen BTL-Kraftstoffen das Produktspektrum verfügbarer Biokraftstoffe erweitern. Darüber hinaus sollen erste Untersuchungen zur gezielten Konversion in gasförmige Kohlenwasserstoffe durchgeführt werden. Insgesamt zielt die Forschungsarbeit darauf ab, das katalytische Cracken zu einem Standbein einer bundesweiten, nachhaltigen und tragfähigen Biomassestrategie auszubauen. Maßnahmen: Das katalytische Cracken an mikro- und mesoporösen Katalysatoren ist ein Verfahrensansatz zur direkten Umwandlung pflanzlicher und tierischer Fette und Öle sowie ihrer Derivate in sauerstofffreie Kohlenwasserstoffgemische. Die Arbeiten dieses Projektes basieren auf dem in 12 europäischen Staaten patentierten 'greasoline®'-Verfahren zur Erzeugung von Diesel- und Benzinkraftstoffen durch katalytisches Cracken mit Aktivkohle als Katalysator. In einem ersten Schritt werden aus Ölpflanzen und tierischen Reststoffen stammende Fette und Öle sowie deren Koppelprodukte hinsichtlich ihrer Eignung für die Konversion in biogene, flüssige Treibstoffe und gasförmige Kohlenwasserstoffe untersucht. Für die aussichtsreichsten Stoffe werden dann im Labormaßstab angepasste Konversionsverfahren entwickelt. Die Konversion ausgewählter Einsatzstofffraktionen sollen abschließend im Technikumsmaßstab (Zufuhr ca. 3 Liter pro Stunde) zur Vorbereitung künftiger Produktionsanlagen untersucht werden. Die flüssigen Produkte sollen in ihrer chemischen Zusammensetzung handelsüblichem Benzin- und Dieselkraftstoff aus fossilen Quellen weitgehend entsprechen.
Diesem Projekt liegen die adsorbierenden bzw. desorbierenden Eigenschaften spezieller Stoffe, wie z.B. Aktivkohle, in Verbindung mit diversen Gasen, für die Entwicklung neuer Verfahren und Produkte zugrunde. (Patente wurden bereits erteilt). Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass Aktivkohlen mit diversen Gasen, nach Evakuierung in einem Absolutdruckbereich bis 800 mbar sehr gut dotierbar sind. So sind z.B. Dotiermengen bis zu 50 Gewichtsprozent bei Butan, größer 40 Prozent bei Kältemittel R 134 a, größer 30 Prozent bei Chlorgas und größer 10 Prozent bei CO2 (Kohledioxyd) möglich. Durch simple Zugabe von Wasser wird das entsprechende Gas wieder freigesetzt. Chlor und Kohlensäure gehen zwar zum Teil in Lösung, es liegt aber immer noch großes Druckpotential vor. Damit ergeben sich diverse Anwendungsmöglichkeiten für z.B. Druckspeicher (Schwimmwesten), Speicher für brennbare Gase oder für Desinfektionsmittel. Letzteres wäre speziell für die USA interessant, weil dort Chlorgas vielerorts aus sicherheitstechnischer Sicht verboten ist und nur Vorort zum sofortigen Gebrauch hergestellt werden darf. Oder auch für den Klein-Pool-Betreiber (Privat, Hotels...), wo Chlorgas auch aufgrund der teuren Sicherheitstechnik nicht in Frage kommt. Es gibt darüber hinaus diverse andere Anwendungsbeispiele (auch Wärmetechnisch), die zu diskutieren wären. Aufgrund dieser Fülle an Möglichkeiten und in Ermangelung kompetenter Entwicklungstools sieht sich ETC nicht alleine in der Lage, die Ideen umzusetzen.
Das Gesamtziel des Vorhabens besteht im Aufzeigen und Erproben von Methoden und Verfahren, die eine sinnvolle, kostengünstige und umweltverträgliche energetische Nutzung dezentral anfallender Erneuerbarer Energieträger ermöglichen. Zur sinnvollen Erfassung aller und Herausstellung der möglichen Kombinationen wurde eine Bearbeitungsmatrix erstellt. Die genannten Methoden und Verfahren können sowohl neu zu entwickelnde als auch bestehende mit einem spezifischen Anpassungs- und Optimierungsaufwand sein. Zum Gesamtziel gehört ferner das Aufzeigen des konkreten Forschungsbedarfs, der in konkreten FuE Projektanträgen - Schwerpunkt EU-Projekte im VI. und VII. FuE Rahmenprogramm - bereits während der Projektlaufzeit und auch danach zu fixieren ist (bis April 2006). Die Untersuchungen werden vorrangig auf Brenngase ausgerichtet, die aus Erneuerbaren Energieträgern herstellbar sind, wobei deren Erzeugung und unabdingbare Veredlungsstufen konsequent einzubeziehen sind.
Auf der Schlickdeponie Francop wird im Rahmen der Gasüberwachung seit mehreren Jahren mittels unterirdischer Hauben und ergänzenden Laborversuchen die Gasbildung durch den abgelagerten Schlick untersucht. Seit 1999 wird weiterhin innerhalb eines BMBF-Forschungsvorhabens zur biologischen Gasbehandlung das Gasemissionsverhalten (Volumen und Zusammensetzung) der Lagerstätte an den Gasbrunnen im westlichen, bereits fertiggestellten Lagerstättenbereich hochauflösend gemessen. Aus der Gegenüberstellung der in diesem Bereich theoretisch gebildeten Gasmengen und der tatsächlich an den Gasbrunnen des Einzugsgebietes gemessenen Volumina ergibt sich, dass nur ein sehr geringer Anteil der produzierten Gase durch das Gasdrainagesystem erfasst werden. Die Emissionspfade des überwiegenden Teils der gebildeten Gasmengen sind damit ungeklärt, es wird jedoch angenommen, dass die aus den Schlickschichten entweichenden Gase über die kommunizierenden Sanddränschichten im Deponiekörper aufwärts wandern und über die Rekultivierungsschicht an die Atmosphäre abgegeben werden. Vor diesem Hintergrund sollen in dem Projekt mehrere offene Fragen geklärt und damit das Verhalten des Gesamtsystems hinsichtlich der Gasproblematik besser verstanden werden: a. Welches Potential der Gasbildung weisen alte Schlicke auf ? b. Wird die Rekultivierungsschicht von Deponiegas durchströmt und hat sich in der Schicht eine methanoxidierende Mikroflora etabliert? c. Welche weiteren Pfade kommen für unkontrolliertes Entweichen von Deponiegas in Frage? Lassen sich die hierüber emittierten Gasmengen quantifizieren? d. Sind Biofilter zur Entsorgung von Methan aus dem Schlickgas erforderlich? Die methodische Vorgehensweise gliedert sich in 4 Schritte: 1. Untersuchungen zur Gas-Durchströmung der Rekultivierungsschicht Der Nachweis der Durchströmung der Rekultivierungsschicht wird über die Bestimmung der Gaszusammensetzung im Profil der Rekultivierungsschicht geführt. 2. Nachweis der Ausprägung einer methanotrophen Flora in der Rekultivierungsschicht Dazu werden Bodenproben aus der Rekultivierungsschicht im Labor auf ihre potentielle Methanoxidationsaktivität analysiert. 3. Untersuchungen zum Gasbildungspotential von Schlick verschiedenen Alters Aus unterschiedlich alten Spülfeldern bzw. Schlickablagerungen (1962-2003) werden je zwei Schlickproben entnommen und deren Gasbildungspotential im Labor bestimmt. 4. Eingrenzung möglicher weiterer Emissionspfade In Zusammenarbeit mit der Baustellenleitung und den baubegleitenden Ingenieurbüros werden mögliche weitere Emissionspfade für Deponiegas ermittelt.
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