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Zyklon APEX - Entstaubung von Gasströmen (FWF P14739-TEC)

Nachdem in der Vergangenheit der Oberteil des Zyklons rund um den Einlauf und das Tauchrohr eingehend untersucht wurden, ist derzeit die Gestalt des Feststoffaustrags (Apex) Gegenstand der Forschungen. Diese wird entlang zweier Linien betrieben. In der ersten Linie werden experimentelle Untersuchungen mit der am Institut befindlichen Versuchsanlage durchgeführt. Dabei wird dem Luftstrom (bis zu 1000m3/h) eine genau definierte Staubmenge zudosiert und so sehr niedrig bis sehr hoch beladene Zweiphasenströmungen erzeugt. Gemessen wird der - unter den gegebenen Randbedingungen - erzielte Gesamtabscheidegrad und der dazu nötige Druckverlust. Zudem stehen LDA- und PDA- Systeme zur Geschwindigkeits- und Partikelgrößenbestimmung an verschiedenen Orten innerhalb des Zyklons zur Verfügung. Die Messergebnisse mit den verschiedenen gestalteten Feststoffausträgen hilft uns die Abscheidung im unteren Teil des Zyklons besser zu verstehen. In der zweiten Linie werden numerische Simulationen der Strömung (CFD) und der Partikelbewegung im Zyklon durchgeführt. Die Simulationsergebnisse der Strömungsberechnungen stimmen mit den LDA- Messungen sehr gut überein. Zurzeit wird die 2-Phasenströmungen im Zyklon unter Berücksichtigung von Partikel-Lift-Forces, Partikel-Partikel-Kollisionen und Wandrauhigkeit simuliert. Einige Ergebnisse des Forschungsvorhabens (z.B. Fallrohr) werden bereits erfolgreich in der Industrie angewandt.

Feststellung der UVP-Pflicht gemäß §5 UVPG für das Genehmigungsverfahren der Elektrowerke Weisweiler GmbH, Dürener Straße 487, 52249 Eschweiler

Die Elektrowerk Weisweiler GmbH, Dürener Straße 487, 52249 Eschweiler beantragt nach § 16 Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) die Genehmigung zur wesentlichen Änderung ihrer Anlage zur Herstellung von Nichteisenmetallen aus Erzen gemäß Ziffer 3.3 des Anhangs 1 der Verordnung über genehmigungsbedürftige Anlagen (4. BImSchV) in 52249 Eschweiler, Dürener Straße 487, Gemarkung Weisweiler, Flur 1 Flurstücke 771, 303, 304, 307 bis 310, 312, Flur 3 Flurstücke 80, 204, 209, 238, Flur 16 Flurstücke 354, 355, Flur 21 Flurstücke 43, 476, 495 bis 499, 505, 511, 512 Flur 22 Flurstücke 9, 209, 241, 257, 261, 262, 271, 272, 275, 276, 278 bis 280, 282, 296, 298, 308, 470, 471, 515 Antragsgegenstand ist im Wesentlichen die Errichtung und Betrieb einer zusätzlichen Abluftreinigungsanlage zur Entstaubung der Abluft aus dem Elektrolichtbogenofen 74.

Effizienzsteigerung biologischer Abluftbehandlungsverfahren durch Kombination mit alternativen Verfahren zur Abluftreinigung von biologischen Abfallbehandlungsanlagen sowie mechanisch-biologischen Restabfallbehandlungsanlagen

Abluftemissionen von biologischen Abfallbehandlungsanlagen zum Zweck der Komposterzeugung werden über die TA Luft geregelt. Dabei hat sich die Kombination aus Wäscher und Biofilter zur Abluftbehandlung mit dem Ziel der Staubabscheidung und Geruchsminderung weitgehend bewährt. Hauptsächliches Augenmerk liegt dabei auf der Begrenzung von Geruchsemissionen. Neben Anforderungen an die Begrenzung von geruchsintensiven Stoffen wird die effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 nach Nr. 3.1.7 TA Luft zur Einhaltung der festgeschriebenen Grenzwerte gefordert. Bei der mechanisch-biologischen Behandlung von Siedlungsabfällen hat sich in Untersuchungen und Praxiserfahrungen der letzten Jahre gezeigt, dass der Biofilter nicht ausreicht, um die Abluft zu reinigen und die Anforderungen der TA Luft an eine effektive Reduktion aller kritischen organischen Stoffe der Klassen 1 und 2 zu erfüllen. Mit in Kraft treten der 30. BImSchV sind für mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsanlagen weitergehende bzw. alternative Abluftreinigungsverfahren notwendig, so dass sich ein neuer Stand der Technik auf dem Gebiet der Abluftreinigung abzeichnen wird. Untersucht werden alternative Abluftreinigungsverfahren zur Behandlung der Emissionen von biologischen Abfallbehandlungsverfahren sowie mechanisch-biologische Restabfallbehandlungsverfahren. Das Projekt wird in Kooperation mit einem Industriepartner durchgeführt. Neben der Bilanzierung der quantitativen Emissionen sollen deren potenzielle Umweltauswirkungen auf Basis einer ökobilanziellen Abschätzung ermittelt werden, um die unterschiedlichen Systeme miteinander vergleichen zu können.

Modellhafter Einsatz von 'gasbetriebenen Fahrzeugen'

Verminderung von schwermetallhaltigen Emissionen durch Gewebefilter der Herstellung von Leuchtstoffen. Der bei der Herstellung von Leuchtstoffen entstehende Abgasstrom, der Antimonverbindungen, anorganische Chlor- und Fluorsalze, Salzsaeure und Ammoniak enthaelt, wird ueber Materialabscheider zur Staubrueckgewinnung durch Abgassammelleitungen erfasst und zur Staubentfernung in Materialabscheider geleitet. Bedingt durch die verschiedenartige chemische Belastung der Abgase sowie durch die Tatsache, dass die Antimonverbindungen aufgrund ihrer hohen Fluechtigkeit durch das Filter sublimieren, ist eine Chemisorption vorgesehen. Als Additiv soll Calciumhydroxid eingesetzt werden. In einer zentralen Gewebefilteranlage werden die schwermetallhaltigen Abgase auf einen Reststaubgehalt von max. 2 mg/m3 gereinigt. Das Abgasreinigungskonzept fuehrt gleichzeitig zu einer Verminderung der Abluftmenge um mehr als 50 Prozent. Ausserdem werden Staubmessgeraete mit optischer und akustischer Alarmgabe eingebaut.

Erzeugung ultrafeiner hochtemperaturfester Aerosole durch Kondensation

Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.

Verbesserung der Reaktionsfuehrung im Perrin-Prozess zwecks Emissionsminderung und Senkung des Energieverbrauchs

Betriebstechnische Optimierung des Produktionsprozesses zur Herstellung von FeCr Suraffine. Abstimmung des Abscheidesystems und der Reaktionsfuehrung des Prozesses im Hinblick auf eine Emissionsminderung und zur Senkung des Energieverbrauchs.

Verbrennung von Hausmuell

Die Entsorgung kommunaler Abfaelle erfordert die Weiterentwicklung des klassischen Muellverbrennungsprozesses mit dem Ziel einer Minderung der Freisetzung von Schadstoffen. Dazu sind umfassende Kenntnisse ueber die Entstehung und das Verhalten einzelner Schadstoffe notwendig. Entsprechende Untersuchungen werden an bestehenden Muellverbrennungsanlagen, insbesondere mit Hilfe der halbtechnischen Testanlage TAMARA des KfK durchgefuehrt. Sie betreffen folgende Problemkreise: 1) Bilanzierung und Verhalten von Schadstoffen mit dem Ziel einer Schadstoffbilanz in Muellverbrennungsanlagen mit unterschiedlichen Gasreinigungssystemen mittels Einsatz moderner Analyseverfahren. 2) Untersuchungen der Verbrennungsvorgaenge im Brennraum und in der Nachbrennkammer von Muellverbrennungsanlagen, insbesondere der Entstehung organischer Schadgase, des chemischen und thermischen Verhaltens von Schwermetallen und der Bildungs-, Emissions- und Zersetzungsmechanismen organischer Schadstoffe einschl. Entwicklung spezieller analytischer Verfahren. 3) Erprobung der Abscheidewirksamkeit verschiedener Entstaubungsverfahren wie Zyklone, Elektro- und Gewebefilter, in Kombination mit nasser Rauchgasbehandlung zur HCl-, Hg- und SO2-Abscheidung. 4) Methodische Entwicklungen zur Schwermetallaugung aus den Filterstaeuben mit der sauren Fluessigphase der Rauchgas-Waesche, zur Abscheidung und Konzentrierung dieser Metalle aus den resultierenden Waessern, mit Hilfe der Testanlagen DORA und KLARA sowie zur Rueckfuehrung der gelaugten Filterstaeube in den Verbrennungsraum, um anhaftende organische Schadstoffe zu zerstoeren (3R-Verfahren).

Nasse Rauchgasreinigung

Phasen- und Reaktionsgleichgewichte bei der nassen Rauchgasreinigung wurden experimentell und theoretisch untersucht.

Durchschnittliche jährliche Luftschadstoffbelastung: Modelldaten 2025

Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg.): Berliner Luftgütemessnetz (Blume), Berlin Internet: https://luftdaten.berlin.de/lqi Deutscher Wetterdienst (Hrsg.): Wetterprognosen des Deutschen Wetterdienstes (DWD) Internet: https://www.dwd.de/DE/Home/home_node.html (Zugriff: 11.06.2025) Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS) (Hrsg.): European air quality forecast plots Internet: https://atmosphere.copernicus.eu/european-air-quality-forecast-plots (Zugriff: 11.06.2025) SenStadt (Senatsverwaltung für Stadtentwicklung, Bauen und Wohnen Berlin (Hrsg.): Umweltatlas Berlin, Karte 06.07 und 06.08 Stadtstruktur / Stadtstruktur – Flächentypen differenziert ab 2021, Berlin. Internet: https://www.berlin.de/umweltatlas/nutzung/stadtstruktur/ab-2021/zusammenfassung/ (Zugriff: 11.06.2025) Weltgesundheitsorganisation (WHO) (2021): Globale Luftgüteleitlinien der WHO: Feinstaubpartikel (PM₂,₅ und PM₁₀), Ozon, Stickstoffdioxid, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid. Zusammenfassung: Bonn. Internet: https://www.who.int/europe/de/publications/i/item/9789240034433 (Zugriff: 11.06.2025) Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg.): Umweltzone, Berlin Internet: https://www.berlin.de/sen/uvk/umwelt/luft/luftreinhaltung/umweltzone/ (Zugriff: 11.06.2025) Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg.): Pilotstrecken Tempo 30, Berlin Internet: https://www.berlin.de/sen/uvk/umwelt/luft/luftreinhaltung/projekte-zum-luftreinhalteplan/pilotstrecken-tempo-30/ (Zugriff: 11.06.2025) Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg.): Öffentlicher Personennahverkehr, Berlin Internet: https://www.berlin.de/sen/uvk/mobilitaet-und-verkehr/verkehrsplanung/oeffentlicher-personennahverkehr/ (Zugriff: 11.06.2025) Umweltbundesamt (Hrsg.): Heizungstausch, Dessau-Roßlau Internet: https://www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/heizen-bauen/heizungstausch#—3 (Zugriff: 11.06.2025) Umweltbundesamt (Hrsg.): Für Pellet-, Kamin- und Kachelöfen: Staubabscheider reduzieren Staubemissionen, Dessau-Roßlau Internet: https://www.umweltbundesamt.de/umwelttipps-fuer-den-alltag/heizen-bauen/staubabscheider-fuer-einzelraumfeuerungsanlagen (Zugriff: 11.06.2025) Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg.): Richtig Heizen mit Holz, Berlin Internet: https://www.berlin.de/sen/uvk/umwelt/luft/luftreinhaltung/projekte-zum-luftreinhalteplan/holzverbrennung/richtig-heizen/ (Zugriff: 11.06.2025) Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg.): Die digitale Berliner Luftkarte, Berlin Internet: https://www.berlin.de/sen/uvk/umwelt/luft/luftqualitaet/digitale-berliner-luftkarte/ (Zugriff: 11.06.2025) INWT Statistics GmbH: FAirQ, Berlin Statistisches Modell FAirQ auf github: https://github.com/FAirQBerlin/fairq-api/tree/public/fairqapi (Zugriff: 01.09.2025) Senatsverwaltung für Mobilität, Verkehr, Klimaschutz und Umwelt (Hrsg. und AG) Auftragnehmerin: INWT Statistics GmbH Luftschadstoffprognose in Berlin mit Machine-Learning-Methoden, Berlin Internet: https://www.berlin.de/weniger-dicke-luft/_assets/projekte-und-massnahmen/luftschadstoffprognose/luftschadstoffprognose-in-berlin.pdf (Zugriff: 01.09.2025)

Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur kombinierten Stickstoffoxid- und Staubabscheidung mithilfe von katalytisch wirksamen Additiven an einem Holzheizkraftwerk, Teilvorhaben: Entwicklung und Konstruktion eines angepassten Gewebefilters

Um die klimafreundliche Nutzung von biogenen Rest- und Abfallstoffen langfristig sicher zu stellen und den Anforderungen aus der Luftreinhaltung gerecht zu werden, müssen neue Techniken erprobt werden, welche eine deutliche Minderung der in den Rauchgasen enthaltenen Schadstoffe erzielen. In dem Verbundvorhaben DeNOx-DePM soll eine kombinierte Emissionsminderung der Abgaskomponenten NOx und Feinstaub für Biomassefeuerungen, welche unter die 44. BImSchV fallen, erreicht werden. Dabei soll ein innovatives Rauchgasreinigungssystem, bestehend aus einem angepassten Gewebefilter mit Filterkerzen aus Edelstahlgewebe und der Zugabe von katalytisch wirksamen Additiven, entwickelt werden. Das Verfahren soll zunächst im Labor entwickelt, danach im Technikumsmaßstab erprobt und abschließen praxisnah an einem Holzheizkraftwerk untersucht werden. Durch die Zugabe eines Additivs (Precoat) in das Rauchgas vor dem Staubabscheider kann eine verbesserte Partikelabscheidung auf dem Gewebefilter durch den zusätzlich erzeugten Filterkuchen erreicht und die Abscheideeffizienz für Feinstäube gesteigert werden. Zusätzlich soll das Additiv durch ein mikrowellengestütztes Beschichtungsverfahren mit bereits bei niedrigeren Betriebstemperaturen katalytisch wirksamen Komponenten aktiviert werden. Dadurch soll neben der verbesserten Staubabscheidung auch eine katalytische Stickstoffoxidreduktion unter zusätzlicher Zugabe des Reduktionsmittels Ammoniak realisiert werden. Untersucht werden soll neben der reinen Entstickung mit katalytischen Additiven am Filter auch eine Kombination aus Entstickung im Feuerraum (SNCR) und Nutzung des Ammoniak-Schlupfs am Filter für deutlich niedrigere Emissionen. Darüber hinaus wird das System auch ökonomisch und ökologisch im Hinblick auf seine Wettbewerbsfähigkeit und potentiellen Emissionsminderung untersucht und eingeordnet.

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