s/chemischer-reaktor/Chemischer Reaktor/gi
tozero is committed to its mission to truly bring lithium-ion battery waste to zero. With its novel hydrometallurgical (i.e. wet chemical)battery recycling approach, it can maximize the recovery of critical raw materials (lithium, nickel, cobalt, manganese, and graphite)from both lithium-ion batteries that have reached their end of life, and scrap created during the production of new batteries.Proven on a daily basis in an operational pilot plant (commissioned in July 2023) close to Munich, Germany, tozero already now fulfillsthe recovery rates for critical raw materials from lithium-ion battery waste required by the recently enforced EU Battery Directive for2027 and 2031 and established itself as one of the leading battery recycling startups in Europe. In addition, the use of less aggressivechemicals than competitors and a mostly closed circular production process reduces the carbon footprint for batteries using tozero’srecycled material compared to batteries using mined materials by up to 80%.Considering an initial pre-seed funding of EUR 3.5mn in 2022, receiving the EIC grant would allow to significantly accelerate tozero´sscale up to industry-scale commercialization and bridge the gap for the next funding round. First, this includes additional funds fromthe EIC for the purchasing and in-house optimization of chemical reactors tailored to the innovative hydrometallurgical process oftozero. Second, it allows us to largely automate our processing and prepare for industry-scale processing. Third, it supports in thecreation of a full lifecycle assessment that is required to officially accredit our CO2e savings and helps to identify the largest lever tofurther reduce our environmental footprint. All three aspects combined allow to reach an industrial scale proof of our operations andunlock a large equity financing round in 2026.
Die Arbeitsziele des Teilvorhabens sind der Entwurf und Optimierung der Reaktionstechnik des CO2-Konverters. Ausgehend von den Abstimmungen hinsichtlich Verfahren, Energiebilanzen und Schnittstellen zu Beginn des Vorhabens wird ein chemischer Reaktor entworfen, der die notwendige Infrastruktur wie geeignete Katalysatoren, Elektrolysezelle, thermisches Management und Schnittstelle zur ThermaLab-Plattform-Technologie bereitstellt. Im ersten Schritt wird dazu der optimalste Arbeitspunkt der Reaktion für unterschiedliche Metall-Katalysatoren identifiziert und diese werden dann gegeneinander verglichen. Die dabei gewonnen Kenntnisse bilden die Grundlage für die Festlegung und Optimierung des Reaktionsdesigns hinsichtlich Elektrodenform, -material und Beschichtung sowie Zelldesign. Die Elektrolysezelle wird dabei für bestimmte Reaktionsparameter (z.B. pH-Wert, Druck, Temperatur) dimensioniert, wobei die Kombination der Reaktionszelle mit der Gensoric Technologie hier zusätzliche Betrachtungen notwendig macht wie z.B. die elektrische Impedanz, Elektrodenoberfläche, elektrisch und chemisch stabile Kontaktierungen und die Minimierung von unerwünschten Nebenreaktionen. In diesem Zusammenhang werden geeignete Messmethoden untersucht, welche die Parameter der Reaktion überwachen und zur Steuerung des Ablaufs der Reaktion genutzt werden können. Anschließend werden die Anforderungen in ein erstes Reaktor-Prototypen-Design zusammengefasst. Die konzeptionellen Reaktoransätze, Flow- und Batch-Reaktor, werden dazu zum einen auf ihre Leistungsfähigkeit in Hinblick auf Ausbeute und Steuerbarkeit getestet und zum anderen hinsichtlich der Kompatibilität des Gesamtdemonstrators und mit weitergehenden wirtschaftlichen Anwendungen verglichen. Im letzten Schritt wird dann die Auswahl des Reaktors mit optimierten Parametern in das Gesamtsystem als Demonstrator zur Darstellung der Machbarkeit integriert.
The spectroscopy system proposed is aimed at measuring the spectral extinction coefficient, the absorption coefficient, the scattering phase function, and the bi-directional reflectivity as a function of wavelength and direction. The current system comprises a double VIS-IR lamp coupled to a double monochromator as the radiation source, collimating/focusing lenses, a sample group, and a detector. It enables measurements of spectral transmittance in the wavelength range 0.3-4 micron for materials of moderate optical thickness such as reticulate porous ceramics and particle clouds. The upgrade proposed will enable the extension of the spectral range to 0.2-10 micron, the measurements of directional characteristics, and investigation of highly-attenuating materials. The proposed upgraded system will be unique in its capabilities to measure accurately the radiative properties of fluidized beds, packed beds, aerosol flows, porous structures, reticulate ceramics, micro channels, and other solid-gas configurations that are used in high-temperature solar chemical reactors.The significance of the research lies in the advancement of the thermal sciences applied to solar chemical technologies that will lead to cleaner, more efficient, and sustainable energy utilization.
Chemiereaktoren, Druck- und Fluessigkeitsbehaelter sind zur Verhinderung eines unzulaessigen Druckanstiegs (z.B. infolge einer durchgehenden Reaktion oder eines Warmeeinfalls) mit unabhaengigen Sicherheitseinrichtungen wie Sicherheitsventil oder Berstscheibe ausgestattet. Bei der ploetzlichen dampfseitigen (Not-)Entlastung kommt es dabei haeufig - zumindest zeitweilig - zur Ausbildung einer Zweiphasenstroemung aus Gas/Dampf und Fluessigkeit in der Ablassleitung. Im Vergleich zu dem erwuenschten Ausstroemen nur von Gas oder Dampf nimmt dann die kritische Geschwindigkeit ab, so dass sich die Druckentlastungsgeschwindigkeit teilweise erheblich verringert bzw. groessere Stroemungsquerschnitte vorzusehen waeren, um den gleichen systembedingten Druckanstieg im Apparat zu kompensieren. Die Vorhersage der Zweiphasenstroemung und die Bemessung der Stroemungsquerschnitte der Sicherheitseinrichtungen und der Rohrleitungen ist jedoch noch nicht zuverlaessig moeglich, weil die im Apparat und in der Abblaseleitung auftretenden thermohydraulischen Vorgaenge sehr komplex und eng miteinander verknuepft sind. 2. Die Arbeit zielt auf die Bereitstellung von Unterlagen fuer die ausreichende Bemessung der Stroemungsquerschnitte und auf die Entwicklung eines genaueren und allgemeingueltigen Berechnungsverfahrens. 3. Die Untersuchungen beinhalten die Ermittlung des zeitlichen Druckverlaufs im Behaelter - es laesst sich damit auf einfache Weise die Auslegung der Stroemungsquerschnitte beurteilen - und fuer Kontrollzwecke des austretenden Massestroms und seiner Zusammensetzung in Abhaengigkeit der Zeit. Versuchsparameter sind Entlastungsquerschnitt, Fuellgrad des Behaelters.
In diesem Forschungsprojekt soll das Verhalten von fluessigen Mehrkomponentengemischen untersucht werden, die infolge ploetzlicher Druckentlastung nach Ansprechen der Sicherheitseinrichtungen aus einem chemischen Reaktor ausdampfen. Bisherige Untersuchungen beziehen sich nur auf Einstoffsysteme. Diese Erkenntnisse reichen fuer die sicherheitstechnische Beurteilung chemischer Reaktoren aber nicht aus, da die verschiedenen Stoffe sich gegenseitig beeinflussen. Mit Hilfe einer weiter zu entwickelnden Messgeraetekombination zur Messung von zeitlich veraenderlichen zweiphasigen Massenstroemen sollen Abblaseversuche mit Modellfluiden durchgefuehrt werden. Darauf aufbauend ist ein Modell fuer die Vorausberechnung der aus dem Reaktor ausstroemenden Einzelmassenstroeme der beteiligten Komponenten zu entwickeln. Dies soll der besseren sicherheitstechnischen Auslegung von chemischen Reaktoren dienen.
Ein in der chemischen Industrie haeufig vorliegender Prozessschritt ist die exotherme Reaktion in der fluessigen Phase. Um das Durchgehen einer solchen Reaktion bei einer Betriebsstoerung zu verhindern, kann der Reaktorinhalt mit nichtverdampfenden Fluessigkeiten abgekuehlt werden. Ziel des beantragten Anschlussvorhabens ist die Untersuchung dieser Notkuehlung durch nichtmischbare Fluessigkeiten. Das Forschungsvorhaben laesst sich dabei in vier Bereiche unterteilen: 1. Entwicklung geeigneter Dispergieorgane, 2. Experimentelle Untersuchung der Hydrodynamik und der resultierenden Temperaturverlaeufe in Reaktoren unterschiedlicher Groesse, 3. Modellierung der Hydrodynamik und des instationaeren Waermeueberganges waehrend des Notkuehlvorganges, 4. Erstellung von Berechnungsunterlagen fuer die Dimensionierung von Notkuehleinrichtungen fuer disperse Systeme. Eine grosstechnische Ueberpruefung des zu erstellenden Modells soll in Zusammenarbeit mit der Buna AG, Schkopau durchgefuehrt werden. Die Buna AG stellt dazu eine Grossanlage mit einem 12 M3-Reaktor zur Verfuegung, an dem Versuche mit realen Stoffsystemen durchgefuehrt werden sollen. Durch das beantragte Forschungsvorhaben sollen die im laufenden Projekt durchgefuehrten Untersuchungen an mischbaren Fluessigkeiten auf nichtmischbare Stoffsysteme erweitert werden, um die Einsatzmoeglichkeiten der Notkuehlung zu erweitern.
Der Waerme- und Stoffuebergang in einer pulsierenden Stroemung ist bis zum Doppelten hoeher als in einer stationaeren Stroemung. In einem Pulsationsreaktor werden mittels der pulsierenden Verbrennung diese Vorteile verfahrenstechnisch genutzt. Fuer gewisse Anwendungsfaelle werden jedoch hoehere Verweilzeiten als die hier erzielbaren 100 bis 500 ms benoetigt. Der Pulsierende Zyklonbrenner kombiniert einen Pulsbrenner zur Erzeugung einer pulsierenden Stroemung mit einem Zyklon zum Erreichen einer groesseren Verweilzeit bis zum Sekundenbereich. Hierbei dient ein Pulsbrenner als Treibstrahlerzeuger fuer einen Injektor, mit dem sowohl der thermisch zu behandelnde Feststoff als auch die Verbrennungsluft fuer die Nachverbrennung (oder gestufte Verbrennung) in den Zyklon gefoerdert wird.
Beim Auftreten einer unzulaessigen Druckueberschreitung an einem Chemiereaktor muessen die nach Druckentlastung ueber Berstscheiben oder Sicherheitsventile austretenden Stoffmassen oftmals durch Ueberfuehrung an einen sicheren Ort unschaedlich gemacht werden. Dies kann durch Direktkondensation des Dampfes oder des Dampfgemisches in einem Wassertank (Tauchvorlage) geschehen. Die Kondensation eines Dampfes durch direkten Kontakt mit einer Kuehlfluessigkeit wird durch nichtkondensierbare Gase im Dampfraum stark behindert. Die bisher vorliegenden experimentellen Untersuchungen und theoretischen Ansaetze lassen eine zuverlaessige Auslegung und einen sicheren Einsatz derartiger Direktkondensatoren noch nicht zu. Dies soll durch ein gezieltes Versuchsprogramm, in dem insbesondere der Inertgasanteil im technisch interessierenden Bereich variiert wird, ermoeglicht werden.
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