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Klärschlammbestandteile und Entstehung

Gemäß dem Prinzip der Abwasserreinigung werden wasserfremde bzw. schädliche Stoffe, die die Oberflächengewässerqualität bzw. die Gesundheit der Bevölkerung beeinträchtigen können, entweder biologisch abgebaut oder aber in den Klärschlamm überführt. Die Klärschlammbestandteile können sowohl mineralischen, als auch organischen Ursprungs sein. Wird der Klärschlamm einer Faulung unterzogen, wird ein Teil der organischen Bestandteile biologisch abgebaut. Dabei entsteht Klärgas. Durch den hohen Methananteil ist das Klärgas ein hervorragender regenerativer Energieträger. Da jedoch nicht der komplette Anteil der organischen Bestandteile abgebaut wird, hat selbst ausgefaulter Klärschlamm noch einen Wert als Energieträger. Doch nicht nur die in organischen Verbindungen gebundene chemische Energie macht Klärschlamm zu einer sekundären Ressource, sondern auch die in ihm enthaltenen Wertstoffe, zu denen vor allem die Nährstoffe Phosphor und Stickstoff zählen. Im Zuge der Entwicklung einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft wird dieser Aspekt an Bedeutung gewinnen. Bevor Klärschlamm die Kläranlagen verlässt, wird er in der Regel mechanisch z. B. mit Zentrifugen entwässert. Durch die Reduzierung seines Wasseranteils von über 95% auf unter 80-70% reduziert sich auch die Menge bzw. das Volumen, das entsorgt werden muss. In manchen Fällen wird der Klärschlamm sogar einer Trocknung unterzogen, die den Trockenmasseanteil auf ca. 95% erhöhen kann.

Storage of hydrogen in hydrides

Das Projekt "Storage of hydrogen in hydrides" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik durchgeführt. Hydrogen is the ideal synthetic fuel to convert chemical energy into electrical energy or into motive power because it is light weight, highly abundant and its oxidation product is vapor of water. Thus its usage helps to reduce the greenhouse gases and it conserves fossile resources. There is even a clean way to produce hydrogen by electrolysis of water by means of photo voltaics (SvW06, VSM05, PMM05). There are various possibilities to store the hydrogen for later use: Liquid and gaseous hydrogen can be stored in a pressure vessel, hydrogen can be adsorped on large surface areas of solids, and finally crystal lattices of metals or other compounds can be used as the storage system, where hydrogen is dissolved either on interstitial or on regular lattice sites by substitution (SvW06, San99). The latter process and its reversal is called hydriding respectively dehydriding. The subject of this proposal is the modeling and simulation of that process. The main problem of a rechargeable lithium-ion battery is likewise a storage problem, because in a rechargeable battery, both the anode and cathode do not directly take part in the electrochemical process that converts chemical energy into electrical energy, rather they act as host systems for the electron spending element, which is here lithium (Li). During the last month the applicant developed and exploited a mathematical model that is capable to capture the storage problem of an iron phosphate (FePO4) cathode, where the Li atoms are stored on interstitial lattice sites (DGJ07).

Biomass fluidised bed gasification with in situ hot gas cleaning (AER-GAS II)

Das Projekt "Biomass fluidised bed gasification with in situ hot gas cleaning (AER-GAS II)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Objective: The project aim is a low-cost gasification process with integrated in-situ gas cleaning for the conversion of biomass into a product gas with high hydrogen concentration, high heating value and low tar/alkali/sulphur concentration in one process step for s ubsequent power production. The proposed process uses in-situ CO2 capture (AER, Absorption Enhanced Reforming). It is more efficient than conventional gasification due to (i) the in-situ integration of the reaction heat of CO2 absorption and water-gas shif t reaction heat (both exothermic) into the gasification and (ii) the internal reforming of primary and secondary tars, which cuts off the formation of higher tars. Thus, the chemical energy of tars remains in the product gas. The product gas after dust rem oval can directly be used in a gas engine for electricity generation. Due to the low operation temperature (up to 700 C) and due to CaO-containing bed materials, the proposed process allows the use of problematic feedstocks such as biomass with high minera l and high moisture content, e.g. straw, sewage sludge, etc., leading to an increased market potential for biomass gasification processes. Screening/development of absorbent materials with high attrition stability and tar cracking properties will be carrie d out. Analysis of tar formation/decomposition process will be studied in a lab-scale fixed bed reactor and a 100 kWth circulating fluidised bed reactor (continuous mode). With the acquired data, the 8 MWth biomass plant at Guessing, Austria, will be opera ted with absorbent bed material in order to prove the feasibility of a scale-up and to assess the economical aspects of the process. In order to point out the market potential, the cost reduction of the AER technology will be quantified in comparison with the conventional gasification power plant. Expected results will be: (i) a broad knowledge of the proposed process and (ii) a low-cost technology for biomass gasification with subsequent power production.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ökotec - Biogasgesellschaft mbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Projektes 'BioKon' ist die Optimierung des Verfahrens der biologischen ex-situ-Methanisierung in der Blasensäule hinsichtlich des Gaseinbringsystems und der Mikrobiologie. Damit wird ein Verfahren zur Konversion von 'grünem' Kohlenstoffdioxid (z.B. aus Biogas) und (Elektrolyse)-Wasserstoff zu Methan mittels biologischer Methanisierung in der Blasensäule etabliert, welches vorzugsweise für die Nachrüstung von Biogasanlagen als Produzenten von 'grünem' Kohlenstoffdioxid geeignet ist. Hinsichtlich der Volatilität von Wind- und Sonnenstrom wird somit im Rahmen der Bioökönomie die Erzeugung des regenerativen Energiespeichers Biomethan vorangetrieben (Sektorkopplung Strom und Gas). Als Produzenten von biogenem CO2 sind Biogasanlagen geeignete Orte zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie mittels der biologischen Methanisierung. Für die ca. 9.500 bestehenden Biogasanlagen ergibt sich mit 'BioKon' ein neues Geschäftsmodell nach dem Auslaufen des EEGs. Zur Erreichung dieser Ziele steht entsprechendes Know-how im prozessbiologischen und verfahrenstechnischen Bereich zur biologischen Methanisierung in der Blasensäule am DBI zur Verfügung. MicroPro steuert langjährige Erfahrung in mikrobiologischen und molekularbiologischen Fragestellungen zu Methanisierung und anderer wasserstoffverwertender biologischen Prozesse bei. IKTS als Akteur im Bereich keramische Technologien verfügt über die Expertise zur wissensbasierten Konzeption und Fertigung des neuartigen Gasinjektionssystems auf Grundlage einer Keramikmembran. Im Resultat steht eine Technologie zur Verfügung, welche neue Nutzungspfade der biobasierten Ressource CO2 eröffnet. Als Betreiber einer Biogasanlage mit über 20-jähriger Erfahrung wird Ökotec diese Entwicklung begleiten, sodass über die Projektlaufzeit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im besonderen Fokus steht.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Standort Freiberg durchgeführt. Ziel des Projektes 'BioKon' ist die Optimierung des Verfahrens der biologischen ex-situ-Methanisierung in der Blasensäule hinsichtlich des Gaseinbringsystems und der Mikrobiologie. Damit wird ein Verfahren zur Konversion von 'grünem' Kohlenstoffdioxid (z.B. aus Biogas) und (Elektrolyse)-Wasserstoff zu Methan mittels biologischer Methanisierung in der Blasensäule etabliert, welches vorzugsweise für die Nachrüstung von Biogasanlagen als Produzenten von 'grünem' Kohlenstoffdioxid geeignet ist. Hinsichtlich der Volatilität von Wind- und Sonnenstrom wird somit im Rahmen der Bioökönomie die Erzeugung des regenerativen Energiespeichers Biomethan vorangetrieben (Sektorkopplung Strom und Gas). Als Produzenten von biogenem CO2 sind Biogasanlagen geeignete Orte zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie mittels der biologischen Methanisierung. Für die ca. 9.500 bestehenden Biogasanlagen ergibt sich mit 'BioKon' ein neues Geschäftsmodell nach dem Auslaufen des EEGs. Zur Erreichung dieser Ziele steht entsprechendes Know-how im prozessbiologischen und verfahrenstechnischen Bereich zur biologischen Methanisierung in der Blasensäule am DBI zur Verfügung. MicroPro steuert langjährige Erfahrung in mikrobiologischen und molekularbiologischen Fragestellungen zu Methanisierung und anderer wasserstoffverwertender biologischen Prozesse bei. IKTS als Akteur im Bereich keramische Technologien verfügt über die Expertise zur wissensbasierten Konzeption und Fertigung des neuartigen Gasinjektionssystems auf Grundlage einer Keramikmembran. Im Resultat steht eine Technologie zur Verfügung, welche neue Nutzungspfade der biobasierten Ressource CO2 eröffnet. Als Betreiber einer Biogasanlage mit über 20-jähriger Erfahrung wird Ökotec diese Entwicklung begleiten, sodass über die Projektlaufzeit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens im besonderen Fokus steht.

Reformer für Brennstoffzellenanwendung in der Luftfahrt

Das Projekt "Reformer für Brennstoffzellenanwendung in der Luftfahrt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Werkstoffe und Verfahren der Energietechnik, Energieverfahrenstechnik durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Vorhabens APAWAGS. Als Energieträger wird der Brennstoffzelle idealerweise Wasserstoff oder ein wasserstoffreiches Gas aus einer Reformierungsstufe zur Verfügung gestellt. Für das Verbundprojekt APAWAGS wird ein Prototyp zur Kerosinreformierung fertiggestellt. Der Kerosinreformer im Leistungsbereich im Bereich von 100 kW liefert den Wasserstoff für eine mögliche, verwendbare Hochtemperaturbrennstoffzelle, die SOFC. Das im Reformer produzierte Gas muss soweit aufbereitet werden, dass es die SOFC nicht schädigt. Die SOFC wandelt die chemische Energie des Wasserstoffs in Elektrizität und Wärme, sowie in Produktwasser um. Die entwickelte Reformertechnologie muss für die Anwendung von Kerosin grundlegend untersucht und optimiert werden. Es sind die Inhaltsstoffe wie Schwefelverbindungen, Aromate und Additive zu berücksichtigen. Notwendige Ingenieurarbeiten und die Fertigung des Prototypen werden vom Partner AKG durchgeführt. Durch die Einbindung eines industriellen Partners ist eine marktnahe Entwicklung und eine entsprechende Ergebnisverwertung in Form einer ersten Kleinserie gewährleistet.

Teilvorhaben 2: Drop-in Elektrolyse

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Drop-in Elektrolyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Der steigende Anteil der erneuerbaren Energien im Gesamtenergiemix verlangt die Speicherung temporär oder lokal überschüssiger elektrische Energie. Neben der Batterietechnologie als Möglichkeit der Speicherung bietet sich auch die elektroorganische Synthese als Technologie zur Speicherung und direkten Nutzung an. Bei elektroorganischen Synthesen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und ermöglicht so deren sichere und handhabbare Speicherung sowie Verwendung für die Synthese von Chemikalien. Bei der Nutzung von CO2 als Rohstoff für die elektrochemische Synthese ist das Spektrum an möglichen Produkten jedoch sehr begrenzt. Zumeist können hier mit hoher Selektivität und Elektroneneffizienz nur C1-Verbindungen erhalten werden. Die reine Biosynthese aus CO2 wiederum ist auf eine externe Energiequelle (z.B. H2) angewiesen. Um eine wertschöpfende Synthese ausgehend von CO2 zu ermöglichen, schlagen wir die Entwicklung eines beispielgebenden Verfahrens für die gekoppelte elektrochemisch-mikrobielle Synthese vor. Dabei wird in einem ersten Schritt an einer Gasdiffusionselektrode CO2 zu Formiat reduziert. Dieses Formiat wird anschließend bzw. in situ biotechnologisch zu industriell relevanten Wertstoffen umgesetzt. Die Wertstoffe schließen dabei Methan, PHB und Isopropanol oder Ectoin ein. Zur Erreichung der Ziele umfasst das Arbeitsprogramm in GAMES insbesondere die Herstellung von verbesserten Gasdiffusionselektroden, die Entwicklung von Elektrolyse-Zellen, die Erweiterung des Prozessfensters, Praxisevaluierungen und Modell-basierte Optimierungen.

Teilvorhaben: Kraftstoff - Untersuchung und Bewertung

Das Projekt "Teilvorhaben: Kraftstoff - Untersuchung und Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von bse Engineering Leipzig GmbH durchgeführt. Die Umstellung der Energieversorgung auf erneuerbare Energien im Rahmen der aus Klimaschutzgründen notwendigen Dekarbonisierung des Energiesystems hängt aufgrund des fluktuierenden Angebots entscheidend an der Frage der Speichermöglichkeiten. Zur Langfristspeicherung eignet sich u.a. die Umwandlung regenerativ erzeugter elektrischer Energie in chemische Energie in Form von Wasserstoff. Dieser kann unter Einbindung von Kohlendioxid zu weiteren strombasierten Kraftstoffen (e-Fuels) synthetisiert werden. Um die Dekarbonisierung des Verkehrssektors voranzutreiben, bieten Plug-in-Hybridfahrzeuge ein großes Potential, da sie durch den Einsatz von regenerativem Strom und e-Fuels einen CO2-neutralen Betrieb bei gleichzeitig hoher Reichweite und schneller Betankung ermöglichen. Um die vorhandene Infrastruktur weiter zu nutzen, bietet sich u.a. strombasiertes Methanol als Ersatz für Ottokraftstoffe an. Im Rahmen des Projektes sollen Fragen zur Eignung von Methanol als Kraftstoff für moderne Verbrennungsmotoren geklärt sowie Handlungsbedarfe aufgezeigt werden. Die erzielbaren Wirkungsgrade sollen im Rahmen einer ganzheitlichen Betrachtung über den gesamten Lebenszyklus ermittelt werden.

Teilvorhaben: DLR

Das Projekt "Teilvorhaben: DLR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Solarforschung (SF), Standort Köln durchgeführt. Das Projekt PERFECTION basiert auf der Nutzung spezieller Materialeigenschaften zur Anwendung in mit konzentrierter Solarenergie (CSP) betriebenen Energiewandlungs- und Speicherprozessen. In CSP-Systemen werden Spiegel verwendet, um die Sonnenstrahlung zu konzentrieren, so dass sie als Wärmeenergie nutzbar wird. Die so gewonnene Wärmeenergie kann dann bei hoher Temperatur in chemische Energie umgewandelt werden. Dadurch werden 'solaren Brennstoffe' erzeugt: Wasserstoff und/oder Synthesegas. Das Ziel des Vorhabens ist es, Mischoxide mit der Perowskitstruktur und der allgemeinen Zusammensetzung ABO3 für solarthermische Brennstofferzeugungs- und Speicherprozessen zu entwickeln und zu verwenden und dabei Gemeinsamkeiten zwischen den Materialanforderungen dieser verschiedenen Prozesse auszunutzen.

Laser induced flourescence

Das Projekt "Laser induced flourescence" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Optoelektronik durchgeführt. Objective: As air pollution, the use of chemicals, and natural hazards take their toll on Europe's forests and farmland, research from Germany, France, Italy and Sweden cooperate under the umbrella of EUREKA to develop a way of fast monitoring the health status of crop and forest stands. The goal of the LASFLEUR project is to develop a remote sensing system based on an airborne laser to collect information on the state of plant health across large areas of vegetation. By using laser-induced fluorescence signals of vegetation, conclusions may be drawn on the state of plant vitality. Thus, such measurements may be valuable tools for the development of a monitoring system for environmental damage forecast recovery assessment. General Information: In essence, the system measures photosynthesis - the process by which plants convert sunlight into chemical energy. Diseased plant leaves partially lose their ability to use the absorbed radiation. The amount of radiation not used to sustain plant life, is emitted as fluorescence and will increase with damage. Thus, from chlorophyll fluorescence data, information on the state of photosynthesis performance may be derived. Whereas the German and Italian project partners are mainly concerned with measuring and interpreting the fluorescence spectrum (Spectral Radio Principle) with regard to its dependency on the physiological and systems-relevant parameters, the project partner in FRANCE will mainly study the correlation of time-resolved fluorescence with physiological parameters (Time Resolved Principles). The Swedish group is developing an imaging fluorescence lidar. It is planned in the European work distribution within the EUREKA project LASFLEUR to develop, realise, optimize, test and evaluate all systems in order to provide a suggestion for a future European airborne lidar system which would be able to measure the chlorophyll fluorescence of vegetation spectrally as well as time-resolved. Parallel to these studies on laser-induced chlorophyll- a fluorescence passive spectro-radiometer data suitable for fieldwork will be taken as reference. For comparability the scientists have already agreed on 4 tree and crop species which will be studied under different environmental conditions. To this will be added some species of regional importance. Research in ITALY and Southern FRANCE will concentrate on effects of the Mediterranean climate such as lack of water, heat, etc. while the northern countries will lay more emphasis on the problem of agricultural and industrial pollution. There is broad interest in this new technology in forestry production and agriculture worldwide. Large areas can be surveyed, enabling data to be collected on a regular basis. Frequent monitoring may help to plan harvest, irrigation and fertilisation management. The project organises are confident that the system will also provide a sound basis for political decisions to introduce tighter pollution controls.

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