Ziel dieses Forschungshabens ist die Herstellung säurebeständiger Umkehrosmose-Rohrmembranmodule für die Aufbereitung partikelhaltiger Prozesswässer durch neue Beschichtungsverfahren mit maßgeschneiderten polymeren Grenzschichten. Diese werden sowohl generativ als auch in einer reaktiven Grenzflächenpolymerisation aufgebracht. Die neuartigen Membranen ermöglichen in einem einzigen Verfahrensschritt die Abtrennung eines nahezu ionenfreien Permeats zur Wasserkreislaufführung. Durch die neuartige Beschichtung von Rohrmembranen mit einer dichten Umkehrosmose-Trennschicht wird das aus der Mikrofiltration bekannte Cross-flow Prinzip (zur Verringerung von Fouling) neuartig auf die Umkehrosmose übertragen, so dass in einem Verfahrensschritt (ohne zusätzliche Vorreinigung) die gewünschte selektive Trennung erfolgen kann. Eine besondere Motivation der Entwicklung stellt hier - neben der innovativen Beschichtung von Rohrmembranen und der geforderten Säurestabilität - das Ziel der Wasserkreislaufschließung in Produktionsbetrieben dar. Vorgesehene Arbeitsschritte im Teilvorhaben sind: Situationserfassung und detaillierte Zieldefinition, Membranscreening der neuartigen Rohrmembranen im Labor zur Auswahl geeigneter Beschichtungen und Bestimmung der Säurestabilität der Rohrmembranen, Konzeption/Umbau der BFI-Technikumsanlage für betriebliche Untersuchungen, Betriebsversuche zur Behandlung partikelhaltiger Prozesswässer, Erstellung eines Betriebskonzeptes zur Realisierung der ressourcenschonenden Wasserkreislaufführung und Projektkoordination.
Im REPLAWA-Verbund werden die zentralen Fragen zum Thema Plastik in der Umwelt in Zusammenhang mit der Abwasserableitung und -behandlung untersucht. Das ISWW entwickelt dabei u.a. eine Analysemethodik für die Mikroplastikdetektion in Klärschlämmen. Darauf aufbauend werden großtechnischen Kläranlagen hinsichtlich ihrer Mikroplastikfrachten v.a. in Bezug auf die Schlammbehandlung bilanziert, sowie der Eintrag in die Landwirtschaft durch die Abwasserverregnung und Schlammverwertung evaluiert. Filtrationstechnologien zur Reduktion der Plastikeinträge werden neben der Schlammfaulung gezielt in dotierten halbtechn. Versuchsanlagen untersucht. Aus den Ergebnissen werden Strategien zur Sensibilisierung von Verbrauchern und Betreibern sowie zur Verminderung des Eintrags über das Abwasser abgeleitet. Die sozialwissenschaftliche Forschung des ISW-IB im Projektverbund ermittelt, inwiefern die internationale Debatte um die Regulierung von Plastik geeignet sind, die technisch möglichen Lösungen zu realisieren. Dabei interessiert insbesondere die internationale Normgenese im Bereich Mikroplastik und Abwasser. Es wird untersucht, inwiefern politische Lösungen mit den technischen Problemen und Herangehensweisen korrespondieren, sowie das mögliche Verhältnis von konsumentenorientierten Lösungen zu technischen 'End-of-pipe-Lösungen', die im REPLAWA-Verbund untersucht werden. ISWW: AP1: Methodenentwicklung Schlammaufschluss für Mikroplastikanalyse und Dotierung halbtechn. Versuche AP2: Untersuchung Einträge in Landwirtschaft und Grundwasser im Verregnungsgebiet Braunschweig AP3: Bilanzierung Mikroplastikfrachten auf Kläranlage Braunschweig, Unterstützung der TU Berlin bei Beprobung weiterer Kläranlagen AP4: Durchführung halbtechn. Versuche zur weitergehenden Mikroplastikabscheidung sowie Schlammfaulung AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops ISW-IB: AP5: Sozialwissenschaftliche Analyse AP6: Entwicklung Handlungsempfehlungen Verbund AP7: Verbundworkshops.
Übergeordnetes Ziel von PLASTRAT ist die Entwicklung unterschiedlicher Lösungsstrategien aus den Bereichen Technik, Green Economy und sozial-ökologischer Forschung, die zur Minderung von Plastikeinträgen in das limnische Milieu urbaner Siedlungsräume beitragen. Ziel aller Ansätze von PLASTRAT ist dabei die Ableitung von Bewertungsparametern zur Kategorisierung umweltfreundlicher Kunststoffspezies und definierter Maßnahmen zur Risikominimierung von Plastikrückständen in limnischen Systemen. Ein möglicher Eintragspfad erfolgt über die Abläufe von Kläranlagen. Hierbei stellen angepasste Ultrafiltrationsmembranen eine gute Methode dar, um Kunststoffpartikel abzutrennen. Für die halbtechnischen Versuche werden weiterentwickelte Ultrafiltrationsmembranen untersucht, z.B. durch eine Dotierung mit Partikeln der gleichen Kunststoffspezies, welche in AP 2 eingesetzt wurden. Durch den gleichzeitigen Rückhalt von organischen Abwasserinhaltsstoffen kommt es zum Membranfouling. Um dieses Fouling zu minimieren und die Investitions- und Betriebskosten zu reduzieren, soll eine angepasste Membran entwickelt und getestet werden. Die dafür benötigten Membranmodule werden am Standort in Greifenberg hergestellt. Auf einer nahe gelegenen Kläranlagen (z.B. Holzkirchen) sollen halbtechnische Versuche durchgeführt werden. Durch die Verwendung einer vier-strassigen Pilotanlage können unterschiedliche Membranmaterialien mit einer Rohwasserquelle und verschiedenen Spülverfahren betrieben werden. Somit können die besten Materialien und Betriebsbedingungen identifiziert werden. Die Pilotanlage wird in Greifenberg umgebaut, programmiert und getestet, bevor diese an der Kläranlage zur eigentlichen Versuchsdurchführung in Betrieb genommen wird. Die Betreuung der Anlage erfolgt im Zusammenarbeit mit der UBM durch regelmäßigen Austausch und Besuchen am Standort der Pilotierung. Des Weiteren finden projektbegleitend koordinative und administrative Maßnahmen statt.
Das Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Energieeffizienz in Biomassekraftwerken durch die technische Anwendung eines von den Antragstellern entwickelten Biobrennstoffkataloges. Dieser soll als allgemeingültiges Instrument herangezogen werden, um die Wirkung unter-schiedlichster Biobrennstoffe auf die Bildung von Anbackungen im Verbrennungsraum und Belägen im konvektiven Kesselbereich zu prognostizieren. Außerdem stellt er die Grundlage für brennstoffbasierte und verfahrenstechnische Optimierungsmöglichkeiten für BMKW dar, deren Leistungsfähigkeit aufgrund hoher Verschmutzungsraten (Anbackungen und Beläge) sehr stark beeinträchtigt ist. Das Vorhaben trägt auch dazu bei, technisch schwierige biogene Rest- und Abfallstoffe thermisch effizient zu verwerten und liefert durch die gesteigerte Ressourceneffizienz bei der Energieumwandlung erneuerbarer biogener Energieträger einen Beitrag zum Klimaschutz durch die Schonung fossiler Brennstoffe und eine entsprechende Reduktion von CO2-Emissionen. Um das Vorhaben erfolgreich umsetzen zu können, wird die Vorgehensweise für die Erstellung des BBK validiert, wobei die Anbackungen und Beläge klassifiziert, Brennkammer- und Kesselprofile erstellt, Daten erfasst und dokumentiert werden. Außerdem wird die Übertragbarkeit der technischen Anwendung des BBK auf BMKW, die mit unterschiedlichen Verfahrenstechniken ausgestattet sind, überprüft. Danach werden die prognostizierten chemisch-mineralogischen Reaktionen zur Bildung von Anbackungen und Belägen im Labor- und im Technikumsmaßstab an Altholz und orientierend an technisch schwierigen biogenen Rest- und Abfallstoffen simuliert sowie Empfehlungen für brennstoffbasierte und verfahrenstechnische Optimierungsmöglichkeiten für BMKW ausgearbeitet, deren Leistungsfähigkeit aufgrund hoher Verschmutzungsraten stark beeinträchtigt ist. Anschließend werden Grundlagen für künftige Maßnahmen geschaffen, die den verstärkten Einsatz technisch schwieriger Biobrennstoffe erlauben.
Gesamtziel des Vorhabens ist die erstmalige Herstellung einer biobasierten Verstärkungslamelle für Holzkonstruktionen, welche die in Außenanwendungen im Baubereich notwendigen Funktionalitäten Bewitterungsstabilität und Flammschutz bereits intrinsisch beinhaltet und weiterhin die dort auftretenden Zugkräfte aufnehmen kann. Dazu kombiniert PULaCell die hervorragenden Eigenschaften eines neuen biobasierten PU - Harzes mit hochfesten Cellulose-Regenerat-Fasern im kontinuierlichen Pultrusionsverfahren. Hiermit eröffnet sich ein Zugang zu einer biobasierten und kostengünstigen Alternative mit homogener Qualität für den Holzbau. Das Ziel des Teilvorhabens von FhG ist die Erarbeitung geeigneter Methoden und Vorrichtungen (Harz-Einspritzkammen) zur Imprägnierung der Cellulose-Fasern mit dem hochviskosen Bio-PUR- und die Optimierung von Prozessparametern auf der Technikums-Pultrusionsanlage für die Herstellung von Verstärkungs- Lamellen für Schichtholzbalken. Zur Bewertung des Verfahrens wird im Rahmen des Vorhabens eine vollständige Ökobilanz durchgeführt werden.
Eine sichere und effiziente Speicherung großer Energiemengen ist entscheidend für das Gelingen der Energiewende. Als chemischer Energieträger ist Erdgas, insbesondere Methan (aus Kohlenwasserstofflagerstätten, Power to Gas etc.) auf absehbare Zeit das Rückgrat für kurz-, mittel- und langfristige Speicherung großen Energiemengen. Wegen Bedarfsschwankungen werden v.a. in Deutschland die Untergrundspeicher (UGS) zyklischen Belastungen ausgesetzt, Kavernenspeicher ebenso wie Porenspeicher. Das Vorhaben SUBI fokussiert auf zeitliche Veränderungen der Funktionalität (z.B. Speichervolumen und Permeabilität) und Sicherheit von UGS und deren Überwachung beim Betrieb bis hin zur Speicherverwahrung. Dabei steht die langfristige Sicherung von Schutzgütern (z.B. oberflächennahes Grundwasser) im Mittelpunkt. Dazu müssen die Eigenschaftsänderungen von Speichergestein und Deckgebirge qualitativ, quantitativ und skalenübergreifend verstanden werden, um geeignete Handlungsanweisungen ableiten und den Nachweis für sicheren Speicherbetrieb bzw. Speicherverwahrung führen zu können. Betrachtet wird daher die zeitliche Veränderung der Integrität des Speichersystems mit für die Sicherheit von Speichern wesentlichen Komponenten in einem ganzheitlichen Ansatz: Technische Untertage-Infrastruktur (insbes. die Bohrungsintegrität), das Speichergestein (Salzkaverne oder Porenspeichergestein), Barrieregestein (Deckgebirge), sowie natürliche (Störungen) und anthropogene Diskontinuitäten (Ankopplung Bohrung-Gestein). Dabei müssen komplexe Wechselwirkungen zwischen den natürlichen und anthropogenen Bestand-teilen des Systems integriert betrachtet werden. Die zyklische Belastung des Untergrunds durch Ein- und Ausspeicherung führt zu zeitlich variierenden Porendrücken, daran gekoppelten Änderungen des lokalen und regionalen Spannungsfelds und damit zu Deformationen im Speicher sowie der Bohrlochumgebung. Die Kombination von Experimenten und numerischen Modellen, die z.B. mit in-situ Beobachtungen u. Fernerkundungsmethoden validiert werden, bildet die Basis für Speicherszenarien an realen und modellhaften Speichern, um optimierte Verfahrensweisen für Betrieb und Nachbetriebsphase abzuleiten, zur Steigerung der Sicherheit bei erhöhter zyklischer Belastung. Für konkrete Reservoire wird für den zurückliegenden Betrieb ein History Match durchgeführt und bewertet, um über Vergleich modellierter Deformationen mit Beobachtungen das Prozessverständnis zu verbessern. Dabei sollen zyklische Signalanteile der PSInSar-Satelliten Sentinel zur Erfassung von betriebsbedingten Subsidenz- und Hebungsraten durch neue Algorithmen extrahiert und mit aus Speicherbetriebsdaten extrahiertem Deformationen verglichen werden. Über die Kombination von Modellrechnungen und Beobachtungen auf unterschiedlichen Skalen, sollen die Beobachtungsgrößen extrahiert werden, welche besonders sensitiv für ein Frühwarnsystem für kapazitäts- und sicherheitsrelevante Alterungserscheinungen verwendet werden können.
In den biologischen Reinigungsstufen kommunaler Kläranlagen können zahlreiche aromatische und kurzkettige aliphatische Verbindungen aufgrund ihrer hohen Stabilität im Regelfall nicht oder nur sehr eingeschränkt abgebaut werden. Solche schwer abbaubaren Verbindungen sind beispielsweise Pharmaka, Pflanzenschutzmittel und Insektizide. Hinzu können gesundheitsschädliche Keime kommen, wenn das Abwasser aus Krankenhäusern stammt. In diesem Projekt soll parallel in einer Elektrolysezelle Ozon und Wasserstoffperoxid (Reaktorkonzept 1) oder alternativ Wasserstoffperoxid und OH-Radikale (Reaktorkonzept 2) hergestellt werden. Dabei wird Wasserstoffperoxid elektrochemisch mit einer Gasdiffusionselektrode (GDE) aus Sauerstoff hergestellt und OH-Radikale bzw. Ozon mittels einer Bor-dotierten Diamantelektrode (BDD) durch Elektrolyse des Wassers. Die Kombination aus Wasserstoffperoxid und OH-Radikalen stellt eine neue und besonders effektive Kombination zur Behandlung von Abwasser dar. In diesem Reaktorkonzept wird die eingesetzte Energie maximal genutzt, da nutzbare Oxidationsmittel an beiden Elektroden gebildet werden (sog. 200%-Zelle). Ziel dieses Projektes ist es, erstmals dieses effektive Abwasserbehandlungskonzept in einer skalierbaren Form bis zu einem industrierelevanten Labormaßstab umzusetzen
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