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Teilprojekt 2, Teilprojekt 1

BiotAB - Effizienzsteigerung bei der Energiegewinnung in Biomassekraftwerken durch die technische Anwendung eines Biobrennstoffkataloges, Teilvorhaben: Vergleichende Betrachtung der Groß-, Technikums- und Laborversuche unter besonderer Berücksichtigung brennstofftypischer Untersuchungsergebnisse

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.

r4 - wirtschaftsstrategische Rohstoffe: DIBRAS - Direkter Einsatz von selbstreduzierenden Briketts in den Aggregaten der Stahl- und Gießereiindustrie zur Verbesserung der Ressourcenbilanz, Teilvorhaben 2: Schmelzversuche und Schaumschlacke

Bei der Herstellung von hochlegierten Stählen fallen bei der Fa. Dörrenberg Edelstahl GmbH Schlacken, Walzzunder und Filterstäube an, in denen die Metalle in oxidierter Form vorliegen. Trotz ihres werthaltigen Inhaltes müssen diese Abfälle mit entsprechenden Kosten entsorgt werden, da die Metalle überwiegend in oxidierter Form vorliegen und so nicht nutzbar sind. In dem hier vorgestellten Vorhaben wird ein innovatives und kostengünstiges Verfahren entwickelt, mit dem zukünftig insbesondere die wirtschaftsstrategischen Rohstoffe aus diesen Abfallstoffen zurückgewonnen werden können. Dazu müssen die werthaltigen Oxide von den nicht werthaltigen Oxiden durch entsprechende Aufbereitungsverfahren getrennt und aufkonzentriert werden. Aus diesen Konzentraten werden in dem Vorhaben selbstreduzierende Briketts hergestellt, so dass die Metalle aus ihren Oxiden anschließend in den eignen betrieblichen Prozessen wieder zurückgewonnen werden können. Bei einer entsprechenden Konditionierung der Briketts besteht evtl. die Möglichkeit die Bildung einer Schaumschlacke zu fördern, die zu geringeren Energieverbräuchen führen kann. Der Arbeitsplan gliedert sich insgesamt in acht Arbeitspakete. Außer an den Arbeitspaketen 5 (Theoretische Untersuchungen) und 7 (Ressourcen und Energieeffizienzanalysen) ist die Fa. Dörrenberg Edelstahl GmbH an allen Arbeitspaketen beteiligt. Die Schwerpunkte liegen auf den Technikums- und Industrieversuchen. Um Reststoffe unter industriellen Bedingungen optimal konditionieren und agglomerieren zu können, müssen sie entsprechend aufbereitet werden. In diesem Zusammenhang ist von besonderem Interesse zu untersuchen, wie sich der Walzzunder, die Schlacken und die Filterstäube konditionieren, agglomerieren und anschließend reduzieren lassen. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Industrieversuche werden auf der Basis detaillierter Kosten- und Nutzenanalysen Szenarien zur betrieblichen Umsetzung entwickelt.

Plastik - Verbundprojekt REPLAWA: Reduktion des Eintrags von Plastik über das Abwasser in die aquatische Umwelt, Teilprojekt 4

Mit dem Verbundprojekt werden zur Herausforderung Kunststoffe in der Umwelt die zentralen Fragestellungen und Aufgaben zum Schutz der Ressource Wasser in Zusammenhang mit der Abwasserableitung und Abwasserbehandlung untersucht. Die Eintragspfade ins Gewässer durch Kläranlagen, Niederschlagswassereinläufe- und Mischwasserentlastungen sowie die Senken bei der Abwasserbehandlung und im Klärschlamm werden ermittelt und quantitativ beurteilt. Verfahren zur Reduktion und Elimination des Eintrags von Plastik bei der Abwasserbehandlung werden praktisch erprobt und bewertet. Daraus werden Strategien zur Regulierung von Plastikeinträgen und Sensibilisierung von Verbrauchern und Betreibern sowie zu Verminderung des Eintrags über das Abwasser abgeleitet. In dem vorliegenden Teilprojekt liegt der Schwerpunkt auf der Filtration aus den Abwasserströmen durch Sand- und Scheibenfilter Die Arbeitsplanung des Verbundprojekts sieht folgende Arbeitspakete vor: 1) Weiterentwicklung der Probenahme-, Analysenmethodik, 2) Untersuchung der Eintragspfade in Gewässer, Grundwasser und Landwirtschaft, 3) Untersuchungen an großtechnischen Kläranlagen, 4) Halbtechnische Untersuchungen zur Abscheidung von Plastik, 5) Sozialwissenschaftliche Analyse zu Regulierung, 6) Handlungsempfehlungen zur Strategieentwicklung, 7) Koordination des Verbundprojekts. Das vorliegende Teilprojekt fokussiert neben der halbtechnischen Untersuchung zur Abscheidung von Plastik durch Sand- und Scheibenfilter auf der Erstellung von Einsatzempfehlungen aus der Sicht eines Anlagenbauers.

Plastik - Verbundprojekt REPLAWA: Reduktion des Eintrags von Plastik über das Abwasser in die aquatische Umwelt, Teilprojekt 1

Das REPLAWA-Projekt untersucht innerhalb der umweltpolitisch aktuellen Thematik des Plastiks in der Umwelt den Schutz der Ressource Wasser vor Mikroplastikeinträgen über die Abwasserableitung und Abwasserbehandlung. Dazu werden die Eintragspfade in Gewässer durch Kläranlagen, Niederschlagswassereinläufe und Mischwasserentlastungen sowie die Senken bei der Abwasserbehandlung und im Klärschlamm ermittelt und quantitativ beurteilt. Verschiedene Filtrationsverfahren zur Reduzierung von Mikroplastikemissionen bei der Abwasserbehandlung werden praktisch erprobt und bewertet. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen und Auswertungen internationaler Regulierungsansätze werden Strategien zur Reduzierung von Plastikeinträgen und zur Sensibilisierung von Entscheidungsträgern und Anlagenbetreibern sowie zu Verminderung des Eintrags über das Abwasser abgeleitet. Als Grundlage des Projekts werden standardisierte Methoden zur Probenahme, Probenvorbereitung und Analyse von Mikroplastikpartikeln entwickelt. Die Arbeitsplanung des Verbundprojekts sieht folgende Arbeitspakete vor: 1) Weiterentwicklung der Probenahme-, Analysenmethodik, 2) Untersuchung der Eintragspfade in Gewässer, Grundwasser und Landwirtschaft, 3) Untersuchungen an großtechnischen Kläranlagen, 4) Halbtechnische Untersuchungen zur Abscheidung von Plastik mittels Sand-, Scheiben-, Tuch- und Membranfiltration, 5) Sozialwissenschaftliche Analyse zu Regulierungsansätzen weltweit, 6) Handlungsempfehlungen zur Strategieentwicklung, 7) Koordination des Verbundprojekts. Mit dem vorliegenden Teilprojekt übernimmt die Emscher Wassertechnik GmbH die Koordination des Verbundprojektes und ist als Praxisakteur für Ingenieurdienstleistungen bei der exemplarischen Bestandsaufnahme und die Beprobung am Gewässer Lippe, bei der Datenerhebung und Auswertung zu unterschiedlichen Kläranlagen sowie bei der Verschneidung der Ergebnisse und federführend bei der Erarbeitung von Handlungsempfehlungen zur Strategieentwicklung involviert. Das REPLAWA-Verbundprojekt ist Teil des BMBF-Forschungsschwerpunkts 'Plastik in der Umwelt'.

Plastik - PLASTRAT: Lösungsstrategien zur Verminderung von Einträgen von urbanem Plastik in limnische Systeme, Teilprojekt 8

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.

BiotAB - Effizienzsteigerung bei der Energiegewinnung in Biomassekraftwerken durch die technische Anwendung eines Biobrennstoffkataloges, Teilvorhaben: Durchführung von Technikums- und Laborversuchen und vergleichende Interpretation der chemischen und brennstofftypischen Untersuchungsergebnisse

Das Ziel des Vorhabens ist die Steigerung der Energieeffizienz in Biomassekraftwerken durch die technische Anwendung eines von den Antragstellern entwickelten Biobrennstoffkataloges (BBK). Dieser soll als allgemeingültiges Instrument herangezogen werden, um die Wirkung unterschiedlichster 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.

Teilprojekt 2 (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation), Teilprojekt 1 (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Carbon2Chem- L4: SynAlk, Teilprojekt 'Umsetzung von Kuppelgas-basiertem Synthesegas zu C2+Alkoholen'

Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur Nutzung von zu Synthesegas aufbereitetem Kuppelgas aus einem Stahlwerk zur anschließenden, direkten Umsetzung zu kurzkettigen Alkoholen. Die Verwendung der Alkohole als Treibstoffe sowie als Ausgangspunkt für andere Chemiebausteine reduziert den Primärrohstoffverbrauch. Zum einen werden konventionelle Rohstoffquellen wie Erdgas zur Bereitstellung von Synthesegas durch Kuppelgase ersetzt. Zum anderen wird durch die Fixierung von Kohlenstoff in den verwertbaren Produkten der spezifische CO2 Ausstoß des Stahlwerks reduziert. Der Einsatz der so hergestellten Alkohole als Treibstoffe führt zu einer Substitution der entsprechenden Menge konventionellen Treibstoffs und damit auch der entsprechenden Menge Rohöl. Am LTC erfolgen Untersuchungen zur heterogen katalysierten Umsetzung von Synthesegas zu C2+-Alkoholen. Für diese Reaktion soll ein geeignetes Katalysatorsystem identifiziert und optimiert werden. Dabei wird die Katalysatorentwicklung durch umfangreiche Charakterisierung und Screening der Materialien unterstützt. Zudem sollen weiterführende kinetische Untersuchungen durchgeführt werden, um zugrundeliegende Mechanismen aufzuklären und Daten für die weitere Modellierung am LEAT bereitzustellen. Am LEAT werden aufbauend auf einem makrokinetischen Reaktionsmodell die Technikumsanlagen der Verbundpartner numerisch simuliert (CFD). Die Ergebnisse dienen der Auslegung vor dem Hintergrund der Temperaturkontrolle in den verschiedenen Laboranlagen. Zugleich werden das Reaktionsmodell und die Reaktormodelle auf Basis der generierten Messdaten überprüft, erweitert und optimiert. Anschließend erfolgt die Auslegung der Reaktoren von großtechnischem Maßstab auf Basis dieser Modelle. In Zusammenarbeit mit TKIS wird die Verfahrenskette von der Gasaufbereitung bis zur Reaktion und Produktaufbereitung ausgelegt und mit einer Prozesssimulationssoftware abgebildet.

Carbon2Chem- L4: SynAlk, Teilvorhaben 'C2+-Alkohole - Testung und Verfahrensentwicklung (heterogen)'

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