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Vermeidung von CO2-Emissionen in der Stahlindustrie durch Einsatz von Wasserstoff an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Senkung von CO2-Emissionen an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen der Stahlindustrie am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen durch den Einsatz von Wasserstoff zur teilweisen und ggf. vollständigen Substitution von Erdgas. Der Einsatz von H2 erfordert zunächst eine Anpassung von Infrastruktur, Armaturen, M&R-Technik und Prozesssteuerung. Aktuell eingesetzte Brenner werden aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von H2 und Erdgas nicht für eine vollständige Substitution geeignet sein. Mittels Brennerversuche im Technikum und Simulationen werden sichere Betriebszustände der aktuell eingesetzten Brenner für Erdgas und Erdgas/Wasserstoffgemische untersucht. Anschließend werden Anpassungen an der Brennertechnik vorgenommen, die einen dynamischen Betrieb mit Erdgas, H2 und deren Gemischen erlauben. Beim Wechsel der Gassorten muss mindestens eine gleichbleibende Produktionsmenge sowie Produktqualität erreicht werden. Durch die veränderte Heißgasatmosphäre ergeben sich Änderungen in der Prozessführung. Die Prozessautomatisierung muss an die neuen Randbedingungen angepasst werden. Dies erfolgt u.a. auf Basis von CFD-Berechnungen und statistischen Modellen. Durch die direkte Beheizung wird ein Einfluss auf die Produktqualität erwartet. Die Zunderbildung als auch die Zundereigenschaften hängen von der Heißgasatmosphäre ab. In Laborversuchen und in industrienahem Maßstab werden die Zunderbildung und die Entzunderung untersucht. Ein wesentliches Ziel des geplanten Vorhabens ist die industrielle Umsetzung und Erprobung einer möglichst vollständigen Substitution des aktuell eingesetzten Erdgases durch Wasserstoff. Die tatsächlichen Einsparungen energiebedingter CO2-Emissionen werden im Rahmen einer Bilanzierung der Stoffströme abgeschätzt. Des Weiteren werden die Potenziale und Hemmnisse beim Umstieg auf Wasserstoff als Energieträger zusammengestellt, um eine höhere Akzeptanz der Technologie zu erreichen.

Vermeidung von CO2-Emissionen in der Stahlindustrie durch Einsatz von Wasserstoff an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen, Teilvorhaben: Planung, Umrüstung und Erprobung des Wasserstoffeinsatzes an einem Wiedererwärmungsofen

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Senkung von CO2-Emissionen an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen der Stahlindustrie am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen durch den Einsatz von Wasserstoff zur teilweisen und ggf. vollständigen Substitution von Erdgas. Der Einsatz von H2 erfordert zunächst eine Anpassung von Infrastruktur, Armaturen, M&R-Technik und Prozesssteuerung. Aktuell eingesetzte Brenner werden aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften von H2 und Erdgas nicht für eine vollständige Substitution geeignet sein. Mittels Brennerversuche im Technikum und Simulationen werden sichere Betriebszustände der aktuell eingesetzten Brenner für Erdgas und Erdgas/Wasserstoffgemische untersucht. Anschließend werden Anpassungen an der Brennertechnik vorgenommen, die einen dynamischen Betrieb mit Erdgas, H2 und deren Gemischen erlauben. Beim Wechsel der Gassorten muss mindestens eine gleichbleibende Produktionsmenge sowie Produktqualität erreicht werden. Durch die veränderte Heißgasatmosphäre ergeben sich Änderungen in der Prozessführung. Die Prozessautomatisierung muss an die neuen Randbedingungen angepasst werden. Dies erfolgt u.a. auf Basis von CFD-Berechnungen und statistischen Modellen. Durch die direkte Beheizung wird ein Einfluss auf die Produktqualität erwartet. Die Zunderbildung als auch die Zundereigenschaften hängen von der Heißgasatmosphäre ab. In Laborversuchen und in industrienahem Maßstab werden die Zunderbildung und die Entzunderung untersucht. Ein wesentliches Ziel des geplanten Vorhabens ist die industrielle Umsetzung und Erprobung einer möglichst vollständigen Substitution des aktuell eingesetzten Erdgases durch Wasserstoff. Die tatsächlichen Einsparungen energiebedingter CO2-Emissionen werden im Rahmen einer Bilanzierung der Stoffströme abgeschätzt. Des Weiteren werden die Potenziale und Hemmnisse beim Umstieg auf Wasserstoff als Energieträger zusammengestellt, um eine höhere Akzeptanz der Technologie zu erreichen.

DANCE 4.0 - Verbundvorhaben: Digitalisierung zur Energieeinsparung und Reduktion von CO2-Emission bei der Herstellung optischer Gläser

Vermeidung von CO2-Emissionen in der Stahlindustrie durch Einsatz von Wasserstoff an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen am Beispiel von Wiedererwärmungsöfen, Teilvorhaben: Untersuchung des Verbrennungsverhaltens und Auswirkungen auf die Produktqualität bei H2-Anreicherung

Ziel des Vorhabens ist es, die energiebedingten CO2-Emissionen an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen zu senken, bzw. vollständig zu vermeiden, indem kohlenstoffhaltige Energieträger durch Wasserstoff substituiert werden. Die nachfolgende Prozess- und Produktqualität, unter den Bedingungen des veränderten Wärmprozesses wird durch die Anpassung der Prozessführung, der Entzunderung und Verwendung von oxidationskonditionierenden Beschichtungen sichergestellt. Der Einsatz von H2 erfordert eine Infrastruktur zur Wasserstoffversorgung. Zusätzlich müssen Anpassungen der Armaturen, der M&R-Technik sowie der Prozesssteuerung geplant und umgesetzt werden. Hierzu werden mittels Brennerversuche und Simulationen sichere Betriebszustände der aktuell verbauten Brenner untersucht. Die maximale Wasserstoffverträglichkeit wird ermittelt und Anpassungen an der Brennertechnik vorgenommen, die einen dynamischen Betrieb mit Erdgas, H2 und deren Gemischen erlauben. Im Hinblick auf die Produktqualität werden Untersuchungen zum Einfluss der veränderten Ofenatmosphäre und Wärmeübertragung auf die Entkohlung, die Zunderbildung und die resultierenden Zunder- und Entzunderungseigenschaften durchgeführt. Zusätzlich werden oxidationsbeeinflussende Beschichtungen und angepassten Entzunderungsstrategien untersucht. Beim Wechsel der Gassorten muss mindestens eine gleichbleibende Produktionsmenge sowie Produktqualität erreicht werden. Anhand der Voruntersuchungen werden die sicherheitstechnischen Anforderungen, die Prozessteuerung und die Ofenregelung geprüft und angepasst. Ein wesentliches Ziel des geplanten Vorhabens ist die industrielle Umsetzung und Erprobung einer möglichst vollständigen Substitution des aktuell eingesetzten Erdgases durch Wasserstoff. Auf Basis der Ergebnisse werden Potenziale und Hemmnisse beim Umstieg auf Wasserstoff als Energieträger zusammengestellt, um eine höhere Akzeptanz der Technologie zu erreichen.

Planungsleitfaden: 100 Klimaschutzsiedlungen NRW

Im Leitfaden werden Anforderungen und Rahmenbedingungen für die Klimaschutzsiedlungen dargestellt. Der Leitfaden entstand im Rahmen der nordrhein-westfälischen Energie- und Klimaschutzstrategie.

Souveräne und nachhaltige Lieferketten für zentrale Energiewendetechnologien - Tools und Analysen für On-/Friendshoring, Materialsubstitution, Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft, Teilvorhaben: Kreislaufwirtschaft, Szenario-Entwicklung und Bewertung

DDI: Pilotanlage für treibhausgasarme Schmelztechnologie für pharmazeutisches Spezialglas

Souveräne und nachhaltige Lieferketten für zentrale Energiewendetechnologien - Tools und Analysen für On-/Friendshoring, Materialsubstitution, Ressourceneffizienz und Kreislaufwirtschaft, Teilvorhaben: SOUVERÄN-Energiesystem

Steamcracking von Pyrolyseölen aus Kunststoffabfällen: Ressourcen- und energieeffiziente Ethylen- & Propylenherstellung

Das hohe Aufkommen an Polymeren auf Ethylen- und Propylen-Basis führt nach deren Lebenszyklus zu erheblichen Abfallströmen. Die weltweit erwartete jährliche Menge an Kunststoffabfällen wird bis 2030 auf voraussichtlich ca. 440 Millionen Tonnen ansteigen. In Deutschland lag der Verbrauch an Kunststoff in 2019 bei 14,2 Mio. Tonnen und es fielen 6,28 Mio. Tonnen Kunststoffabfälle an. Stand der Technik ist, außer Lagerung auf Deponien, zumeist eine rein thermische Verwertung dieser Abfallströme, die zusätzlich zu den CO2-Emissionen, die bei der Herstellung entstehen, zu einer weiteren unerwünschten CO2- Freisetzung führt. Mechanisches Recycling ist nur begrenzt sinnvoll anwendbar. Somit ist bisher eine vollständige wirtschaftliche, umweltfreundliche und energieeffiziente Verwertung der anfallenden Abfallströme nicht möglich. Folglich besteht ein hoher Bedarf, diese Abfallströme als wertvollen Rohstoff einer technischen Anwendung zuzuführen. Vor dem Hintergrund der nationalen Klimaschutzziele und der notwendigen Reduktion der CO2-Emissionen im industriellen Bereich, strebt das Forschungsprojekt PYCRA eine signifikante Minderung der klimarelevanten Prozessemissionen in der deutschen Chemieindustrie an. PYCRA erforscht die Verwertung der Abfallaufkommen als Ausgangsstoff (= Feed) in Form eines chemischen Recyclings und somit als Substitut für fossile Rohstoffe (z.B. Naphtha) in petrochemischen Prozessen wie dem Steam Cracking. Hierbei soll ein völlig neues umweltschonendes Anwendungsverfahren für Pyrolyseöle entwickelt und erstmals demonstriert werden. Linde will eine erhebliche CO2-Reduktion bei der Herstellung von Ethylen im Vergleich zum Stand der Technik (Referenz: Steam-Cracker mit Naphtha-Feed) erreichen. Bei Projekterfolg kann das Verfahren neben einem nachhaltigen Beitrag zu einer Circular Economy, einen entscheidenden Hebel zur Energieeinsparung und der Reduktion von energiebedingten CO2-Emissionen darstellen.

Steamcracking von Pyrolyseölen aus Kunststoffabfällen: Ressourcen- und energieeffiziente Ethylen- & Propylenherstellung, Steamcracking von Pyrolyseölen aus Kunststoffabfällen: Ressourcen- und energieeffiziente Ethylen- & Propylenherstellung

Das hohe Aufkommen an Polymeren auf Ethylen- und Propylen-Basis führt nach deren Lebenszyklus zu erheblichen Abfallströmen. Die weltweit erwartete jährliche Menge an Kunststoffabfällen wird bis 2030 auf voraussichtlich ca. 440 Millionen Tonnen ansteigen. In Deutschland lag der Verbrauch an Kunststoff in 2019 bei 14,2 Mio. Tonnen und es fielen 6,28 Mio. Tonnen Kunststoffabfälle an. Stand der Technik ist, außer Lagerung auf Deponien, zumeist eine rein thermische Verwertung dieser Abfallströme, die zusätzlich zu den CO2-Emissionen, die bei der Herstellung entstehen, zu einer weiteren unerwünschten CO2- Freisetzung führt. Mechanisches Recycling ist nur begrenzt sinnvoll anwendbar. Somit ist bisher eine vollständige wirtschaftliche, umweltfreundliche und energieeffiziente Verwertung der anfallenden Abfallströme nicht möglich. Folglich besteht ein hoher Bedarf, diese Abfallströme als wertvollen Rohstoff einer technischen Anwendung zuzuführen. Vor dem Hintergrund der nationalen Klimaschutzziele und der notwendigen Reduktion der CO2-Emissionen im industriellen Bereich, strebt das Forschungsprojekt PYCRA eine signifikante Minderung der klimarelevanten Prozessemissionen in der deutschen Chemieindustrie an. PYCRA erforscht die Verwertung der Abfallaufkommen als Ausgangsstoff (= Feed) in Form eines chemischen Recyclings und somit als Substitut für fossile Rohstoffe (z.B. Naphtha) in petrochemischen Prozessen wie dem Steam Cracking. Hierbei soll ein völlig neues umweltschonendes Anwendungsverfahren für Pyrolyseöle entwickelt und erstmals demonstriert werden. Linde will eine erhebliche CO2-Reduktion bei der Herstellung von Ethylen im Vergleich zum Stand der Technik (Referenz: Steam-Cracker mit Naphtha-Feed) erreichen. Bei Projekterfolg kann das Verfahren neben einem nachhaltigen Beitrag zu einer Circular Economy, einen entscheidenden Hebel zur Energieeinsparung und der Reduktion von energiebedingten CO2-Emissionen darstellen.

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