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CO2SINK - In-situ Labor zur Untersuchung der Speicherung von Kohlendioxid unter der Erde

Ketzin ist eine Stadt westlich von Berlin im Land Brandenburg. In ihrer Nähe wurde seit 1960 Erdgas aus Sibirien in unterirdischen Sandsteinschichten zwischengelagert. Diese Erdgasspeicherung wurde vor kurzem eingestellt. Hier soll ein Forschungs- und Entwicklungsprojekt eingerichtet werden, bei dem das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2 ) im Untergrund gelagert werden soll. Das Projekt wird vom GeoForschungsZentrum Potsdam koordiniert und von der Europäischen Union mit 8.7 Millionen Euro gefördert. Das Projekt soll helfen, das wissenschaftliche Verständnis der geologischen Speicherung von CO2 weiter zu entwickeln und die im Untergrund ablaufenden Prozesse der CO2 Injektion praktisch zu erforschen. Zunächst werden geologisch-geophysikalisch-geochemische Voruntersuchungen des Standortes und des vorgesehenen Speicherhorizontes sowie eine umfassende Risikoabschätzung vorgenommen um sicherzustellen, dass die Speicherung auch gefahrlos durchgeführt werden kann. Die erforderlichen Bewilligungen des zuständigen Bergamtes, der örtlichen Gemeinde und das Einverständnis der betroffenen Anwohner müssen dazu eingeholt werden. Die künftige Nutzung des Geländes ist Teil eines behördlich bereits genehmigten Bebauungsplans, der auch andere Vorhaben zur Nutzung regenerativer Energie aus Wind, Sonne und Biomasse einschließt. Das CO2 SINK Projekt erlaubt die Weiterverwendung vorhandener Gasspeicher-Infrastrukturen. Geplant ist die unterirdische Injektion von jährlich mehreren 10,000 Tonnen an reinem CO2 für zunächst zwei bis drei Jahre. Das CO2 soll dabei vorwiegend aus regenerativen Biomasse-Energierohstoffen gewonnen werden. Dieses ermöglicht im Prinzip, CO2 aus der Atmosphäre zu entziehen und damit die Treibhausgaskonzentration zu verringern. Unterirdische Erdgasspeicher und geologische Speicher für CO2 in salinen Grundwasserleitern (Aquifere) haben zwei gemeinsame Merkmale: Sie bestehen aus Gestein mit großem Porenraum wie z.B. Sandstein, das von abdichtenden Tonschichten überdeckt ist. Im Untergrundspeicher Ketzin wurde das Erdgas in einer Sandsteinschicht zwischen 250 und 400 Meter Tiefe unter der Erde gelagert. Aus Erkundungsbohrungen und seismischen Messungen weiß man, dass es dort aber noch mindestens eine weitere gut geeignete Speicherschicht in größerer Tiefe gibt. Diese ist rund 80 Meter mächtig und liegt auf einer geologischen Kuppe, die sich bis ungefähr 600 Meter unter der Erdoberfläche aufwölbt. Die Sandsteinschicht fällt nach allen Seiten auf etwa 700 Meter ab und ist von abdichtenden Gips- und Tonschichten überlagert. Um den Untergrund und die bei der CO2 Speicherung darin ablaufenden Prozesse verstehen zu können, ist im Projekt CO2SINK eine umfassende Reihe von wissenschaftlichen Untersuchungen geplant. Usw.

New sustainable concepts and processes for optimization and upgrading municipal wastewater and sludge treatment (NEPTUNE)

The scope of sewage treatment is changing: Up to date municipal wastewater treatment plants (WWTP) were seen as an end-of-pipe treatment just before discharge, having the aim to avoid eutrophication and hygienic health hazard in surface water. Due to the global demographic trends as well as new legislations (e.g. the Water Framework Directive, WFD) increased focus is put on quantity and quality of effluents: WWTP are more and more seen as interface between sanitation and environment, delivering resources to the environment or human activities (recharge of drinking water reservoirs, recycling of nutrient, efficient energy use). This focus shift has implications on the quality goals set for WWTP products: land requirement, effluent N, P load, effluent pathogen load, energy optimization. New focus: nutrient recycling, micropollutants: ecotoxicology of the effluent energy production. NEPTUNE is focusing on technology solutions allowing to meet present and future standards via upgrading of existing infrastructure (new control strategies with online sensors; effluent upgrading with oxidation, activated carbon or wetland treatment; sludge processing for safe nutrient recycle) as well as via new techniques (fuel cell applications; new oxidative agents; polymer production from sludge). By including pathogen and ecotoxicity aspects into life cycle assessment studies (LCA), the project is helping improve the comparability of various technical options and propose a suitability ranking. The new focus given by the WFD and the emerging interest on organic (eco-)toxic compounds requires characterizing treated effluent and treatment technologies concerning ecotoxicologic aspects and micropollutants. The project is contributing to this discussion by ecotoxicity assessment and micropollutant fate studies.

New Burner Technologies for Low Grade Biofuels to Supply Clean Energy for Processes in Biorefineries (BIO-PRO)

The project aims on developing new combustion technologies for bio-residues. Innovative combustion technologies like flameless oxidation (FLOX (R)) and continuous air staging (COSTAIR) will be enhanced by re-burning and co-firing in order to meet this goal. Two basic types of BIO-PRO burners will be developed to meet this goal: - A pilot burner for gas and liquid fuels; - A pilot burner for solid fuels applying a pre-gasification step for the solids without gas cooling. The technology to be developed shall be able to self adjust to different fuel qualities (fuel moisture 10-50 percent). For emissions of the investigated fuels the upper limit for CO will be 30 mg/m3 (currently 50 mg/m are typical) and NOx will be reduced by 50 percent (starting point for dry wood chips in available combustion systems = 210 mg/m ). The prototypes of the new burners will be brought to pre-commercialisation level (two pilot scale burners and operation guidelines). The accompanying socio-economic assessment will assess the economic viability of the new technology (live cycle assessment) on the one hand and will show promising markets for a subsequent dissemination of the technology on the other hand (dissemination strategy). A successful development and application of the technology is expected to have following impact: - Increased use of bio-residues, increasing the utilisation of biomass in Europe by up to 50 percent (basis 54.175 toe in 1998). This will reduce CO2 emissions by 46 Mio t/a (basis: energy consumption 1998); - Improved European competitiveness in the global market, accounting for up to 15,000 new jobs; - NOx emissions from biomass combustion systems will be reduced within 10 years by approx. 76,500 t/a (basis: biomass consumption 1998).

Integrated standard transportation unit for self-guided freight container transportation systems on rail (ISTU)

Objective: ISTU STREP proposal intends to investigate, develop and demonstrate a cost effective integrated propulsion unit for individual self-driven container rail platform wagons for freight container transport between ports and cargo distribution centres. Although the proposal is an R&D project focussing on technical and innovative methods to integrate all main propulsion components like motor, power converter, cooling and embedded controllers in one unit, the project coordinator has defined clear demonstrator targets. In particular, the propulsion unit, with rated power of ca. 25 kais expected to deliver cost improvements of 30Prozent, efficiency improvements of 2Prozent (up to 96Prozent) and system availability improvement of 3Prozent (up to 98Prozent). A prototype integrated drive system will demonstrate these improvements. The project will aim at developing an integrated switched reluctance drive which uses integrated power electronic conversion modules and advanced direct torque digital control enabling the use of low cost sensors. Long-term approach of ISTU expects that this STREP project will lead to an IP project, integrating further the outer vehicle guidance control, i.e. a GSM telemetric system with vision capabilities, which would lead to an unmanned automatic piloted transport system able to be applied also as the self-propelled and self-guided container wagon to dense industrial areas in order to reduce road traffic, pollution and noise. As Objectives the ISTU STREP project will aim at: -developing an electrical integrated low-cost: propulsion and cooling systems, control and power electronic components, simple producible rail transportation motor - demonstrating the proposed low-cost propulsion system-designing and specifying all requirements for a direct freight logistic application, i.e. a container wagon. -Defining interfaces and showing implementation of such propulsion units and its interfaces for a self-guided self-propelled application.

Sustainable energy management systems (SEMS)

Objective: The aim of this project is to turn 4 core communities (Germany, Austria, Luxemburg, Poland) with clearly defined system borders and 14 - 20.000 inhabitants each into CONCERTO communities. A mix of different EE and RES demonstrations (including refurbishment of old buildings, eco-buildings and polygeneration, all underpinned with complete business plans) will allow to avoid about 300 GWh/yr end energy from fossil sources, thus avoiding 94.000 tons CO2/yr, and saving 22.9 mio Euro/yr of disbursements for extra-communal electricity and heat deliveries. The application of the Decentralised Energy Management System (DEMS) will allow for local and inter-communal operation, monitoring and control of energy consumption, storage and generation units and grids, including DSM and LCP, thereby exploring a EE potential of at least 5Prozent. The target in RES coverage for 2010 is of resp. 39 to 62Prozent of the then remaining electricity and heat demand. EnerMAS, a low-threshold version of the European environmental management system.

Integrated small scale solar heating and cooling systems for a sustainable air-conditioning of buildings (SOLERA)

Objective: The project aims to develop highly integrated solar heating and cooling systems for small and medium capacity applications which are easily installed and economically and socially sustainable. The envisioned applications are residential houses, small office buildings and hotels. The goal is to use the excess solar heat in summer to power a thermally driven cooling process in order to provide cooling for air-conditioning. In the heating season the solar system is used to provide direct heating. The proposed project therefore aims to demonstrate the technical feasibility, reliability and cost effectiveness of these systems, specially conceived as integrated systems to be offered on the market as complete packages which will make better use of the available solar radiation as present systems.

Das Energiewende-Szenario 2020 - Ausstieg aus der Atomenergie, Einstieg in Klimaschutz und nachhaltige Entwicklung, Hydrogen and Fuel Cell Technologies for Road Transport (HyTRAN)

Two innovative integrated Fuel Cell Systems for automotive application will be developed within specific Technological Platforms (TPs): TP1 POWERTRAIN: development of a system for traction power by an 80 kW direct hydrogen PEM fuel cell system implemented on a passenger car. TP2 APU: development of 5 kW Auxiliary Power Unit for both light-duty and heavy-duty vehicles, including microstructured diesel oil steam reformer, clean-up reactors, an innovative reformate hydrogen stack and balance of plant components. These objectives will be reached via R&TD activities that will address the most critical technical bottlenecks which currently hamper wide market penetration of PEM fuel cell systems for road transport, while accounting some of the key market and policy drivers and barriers. Particularly, the following innovative components will be developed: A 80 kW direct hydrogen stack with strong weight and volume reduction, increased efficiency, durability and start-up time, with innovative MEAs embodying sealing layers (7-layers MEAs); A 5 kW reformate stack, including innovative electrocatalyst and MEA elements tolerant to very high CO concentrations and low-resisitivity bipolar plates; A highly efficient, clean and compact micro-structured diesel steam reformer and gas purification unit; Variable displacement compressors with reduced noise level; Innovative humidification/dehumidification apparatus; Heat exchanger and radiator customised for the different applications; Specific targets for both platforms will be achieved via a system approach leading to development and validation of the concepts (POWERTRAIN: in a passenger car; APU: dynamic test validation in bench) with high well-to-wheel efficiency (low fuel consumption), easy and optimised packaging and on-board integration.

Demonstration of a sustainable CHP concept using residues from olive oil production (OLIVEPOWER)

Objective: The project focuses on the demonstration of an innovative and sustainable CHP concept using residues from olive oil production (olive wastes) as fuel. A first plant based on the new concept will be realised in Greece. The main objective of the project is to demonstrate a closed cycle concept able to reduce landfill problems and emissions and to promote the use of renewable electricity production in Southern Europe. The project will be based on an approach integrating the whole chain (fuel logistics and preparation, energy production, by-product utilisation). An optimised fuel logistic concept will guarantee for a secured fuel supply over the whole year. The fuel will not only be dewatered and dried but also a marketable by-product will be produced. By this means a better fuel quality can be achieved and solid wastes as well as waste- water can be omitted. The development and design of the combustion unit focuses on a technology tailored to the special characteristics of the olive waste.

POLYCITY - europäische Energieforschung für Kommunen

Die Projektgebiete liegen in Deutschland, Italien und Spanien. Deutschland: Scharnhauser Park: In Ostfildern am südlichen Rand von Stuttgart entsteht auf einem ehemaligen amerikanischen Militärgelände der Stadtteil Scharnhauser Park für rund 10.000 Bewohner und mit etwa 2.500 Arbeitsplätzen. Zu rund 80 Prozent soll der Energiebedarf aus erneuerbarer Energie gedeckt werden. Kern des Energiekonzeptes für den Stadtteil ist ein Biomasse-Blockheizkraftwerk mit 1 MW elektrischer und 6 MW thermischer Leistung. Die Anlage wird optimiert, eine Ist-Analyse ist bereits erstellt worden. Mit der im Sommer ungenutzten Wärmeenergie soll künftig Kälte für die Klimatisierung von Gewerbebauten erzeugt werden. Neben der ganzjährigen Nutzung erneuerbarer Energien für die Kraft-Wärme-Kältekopplung ist auch Energiespeicherung (zentral und dezentral) und ein kommunales Energiemanagementsystem auf der Basis modernster Informationstechnologien vorgesehen. Das zafh.net liefert Know-how der simulationsgestützten Regelung von Anlagen und setzt betriebsbegleitende Simulationen ein. In Echtzeit soll aus den klimatischen Randbedingungen der optimale Betriebszustand berechnet und mit den real gemessenen Werten verglichen werden. Als Basis ist ein Geoinformationssystem entwickelt worden, mit dem die Energiedaten der Gebäude erfasst und ausgewertet werden können. Die Gebäude unterliegen einem hohen Dämmstandard (25 Prozent unter den in der Wärmeschutzverordnung 1995 geforderten Werten). Bei den im Projekt neu dazukommenden Wohn- und Gewerbebauten wird der Transmissionswärmeverlust um weitere 20-30 Prozent gesenkt. Die ersten Wohnbauten wurden im Herbst 2005 vom Siedlungswerk Stuttgart erstellt. Mit Argon gefüllte Fenster mit erhöhter Rahmendämmungund Kunststoff-Abstandhaltern erreichen einen Gesamt-Wärmedurchgangskoeffizienten von 1,1 W m-2 K-1. In diesem ersten Bauabschnitt sind reine Abluftanlagen ohne Wärmerückgewinnung installiert worden, in späteren Bauabschnitten sollen Anlagen mit Wärmerückgewinnung einer Vergleichsanalyseunterzogen werden. Die Gebäudedichtigkeit wird mit Blower-Door-Tests experimentell untersucht. Der Energiestandard wird bei allen Bauten dokumentiert. Messgeräte für die Fernauslese und Auswertung (Smartbox) sind bereits installiert. ImGewerbegebiet wird im März 2006 ein erstes Demoprojekt zur innovativen Gebäudetechnologie (Heizung, Lüftung, Klima) mit etwa 4.000 m2 Nutzfläche erstellt. In der Ausführungsplanung enthalten sind: thermische Kühlung, Erdreichwärmetauscher, Betonkernaktivierung (zur Kühlung) ein Unterflurkonvektions-Heiz- und Kühlsystem, ein Tageslicht-Lenksystem. Nicht nur das Biomassekraftwerk liefert Strom, sondern auch gebäudeintegrierte PV-Anlagen. Ziel ist eine Leistung von insgesamt 70 kWp. Zudem wird die kinetische Energie des Wassers genutzt: Das aus den Hochbehältern ins Netz abfließende Trinkwasser treibt eine 80-kW-Entspannungsturbine an.

Network of DER laboratories and pre-standardisation (DER-LAB)

Objective: The main objective of the proposed Network of Excellence (NoE) DER-Lab is to support the sustainable integration of renewable energy sources (RES) and distributed energy resources (DER) in the electricity supply by developing common requirements, quality criteria, as well as proposing test and certification procedures concerning connection, safety, operation and communication of DER-components and systems. DER-Lab intends to strengthen the EC domestic market and to protect European interests on the international standardisation level. A major objective is to establish a durable European DER-Lab Network that will be a world player in this field. The NoE will bring together a group of organisations for the development of certification procedures for DER- components for electricity grids. The NoE will act as a platform to exchange the current state of knowledge between the different European institutes and other groups. The scattered, but high quality research and test facilities will be combined with great benefit for the European research infrastructure DER-Lab will contribute by developing new concepts for control and supervision of electricity supply and distribution and will bundle at European level specific aspects concerning the integration of RES technologies. The absence of European and international standards for the quality and certification of components and systems for DER is a hindrance to the growth of the European market and for European penetration of the world market. It is within the aims of the proposed NoE to reduce these barriers and to work towards common certification procedures for DER components that will be accepted throughout Europe and the world. Obviously this work cannot be done on a national basis. The results of the project and afterwards the output of the network will be a significant contribution to the European standardisation activities and will contribute to the harmonisation of the different national standards.

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