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Untersuchungen zur Maximierung des Mülldurchsatzes in Müllverbrennungsanlagen bei Sicherstellung eines ausreichenden Ausbrande

Das Qualitätskriterium für die Müllverbrennung, bzw. für die Ablagerung der Schlacke aus der Thermischen Abfallbehandlung ist der Glühverlust. Im FG Abfalltechnik besteht die begründete Vermutung, dass die Müllverbrennung verändert werden kann, wenn als Qualitätskriterium für eine Ablagerung der Schlacke nicht mehr der Glühverlust verwendet wird, sondern die für die mechanisch-biologisch behandelten Abfälle zu Grunde gelegten Größen Atmungsaktivität und Gasbildungsrate herangezogen werden und dabei in jedem Fall immer noch eine ausreichende Inertisierung erreicht wird. Um dies zu untersuchen soll die in die Müllverbrennung eingesetzte Abfallmenge durch Kurzverbrennungen vergrößert werden. Eine Kurzverbrennung kann durch die Verstärkung der Feuerraumbelastung, sowie die Verkürzung die Verweilzeit des Abfalls im Feuerraum erreicht werden. Den Zuordnungskriterien für Deponien für mechanisch-biologisch vorbehandelten Abfälle liegt der Ansatz zugrunde, dass beim biologischen Teilprozess der MBA der biologisch abbaubare Kohlenstoff weitestgehend abgebaut wird, so dass sich der verbleibende Abfall bei der Ablagerung auf einer Deponie trotz des Vorhandenseins von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen inert verhält. Wenn bei der Verbrennung in Müllverbrennungsanlagen der biologisch abbaubare Kohlenstoffanteil als leicht flüchtiger Anteil zuerst und schnell abgebaut wird, sollte trotz des oben beschriebenen erhöhten Mülldurchsatzes (Kurzverbrennung), die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate für die Schlacke, eingehalten werden können. Es muss überprüft werden, ob der bei der Kurzverbrennung verbleibende fixe Kohlenstoff biologisch nicht abbaubar ist und dadurch die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate nicht erhöht. Die Auswirkungen der Kurzverbrennung auf den Ausbrand sollen in Versuchen in der Technikumsverbrennungsanlage des FG Abfalltechnik durchgeführt werden. Die Kurzverbrennungen sollen durch zum einen die Erhöhung der Rostbelastung und zum anderen die Reduzierung der Verweilzeit umgesetzt werden. Zur Beurteilung des Ausbrandes wird von den Schlacken die Atmungsaktivität und die Gasbildungsrate und zum Vergleich der Glühverlust bestimmt. Die bei den Versuchen gewonnenen Ergebnisse sollen zeigen, dass eine Erhöhung der Mülldurchsatzleistung erreicht und dennoch ein ausreichender Ausbrand unter den Gesichtspunkten der Atmungsaktivität und der Gasbildungsrate gewährleistet werden kann. Unter diesen Bedingungen könnten die Durchsätze in den Müllverbrennungsanlagen vergrößert werden und dadurch eine Möglichkeit, das ab dem 01.06.2005 erwartete Kapazitätsdefizit an Abfallbehandlungsanlagen zu vermindern oder gar auszugleichen, gegeben werden.

Aufklaerung des Verhaltens von Schadstoffen in Pedo- und Hydrosphaere

Geochemische Fixierung von Schadstoffen in Speichermineralen. Untersuchung der Bildungsbedingungen und Struktur von Erdalkalisilikaten, die als Speichermineral geeignet sein koennen: Synthese und Strukturmodell, das die Ableitung thermodynamischer Daten erlaubt. Ermittlung der Mineralneubildungen bei Verwitterung schadstoffhaltiger Rueckstaende zur Identifikation potentieller Speicherminerale fuer Schadstoffe: Zeitrafferexperimente der Verwitterung von Hochtemperatur-Muellverbrennungsschlacken und Untersuchung der Mineralneubildungen aus schwefelhaltigen Rueckstaenden. Untersuchung der Verwendung von Natriumkarbonatsodalith als technische Base zur Inertisierung.

PROMETEUS: Entsorgung von radioaktivem Quecksilber und quecksilberhaltigen Reststoffen aus dem Rückbau kerntechnischer Anlagen

Zielstellung des beantragten Verbundprojektes ist es, die verfahrens-, arbeitssicherheits- und genehmigungstechnischen Voraussetzungen für eine Entsorgung von radioaktivem Quecksilber zu entwickeln. Die Behandlung oder Entsorgung von bestehenden Abfallkontingenten ist nicht Gegenstand des Projektes. Das im Projekt entwickelte Entsorgungskonzept wird mit repräsentativem Probematerial auf die Anwendbarkeit hin überprüft. Für aktiviertes Quecksilber oder quecksilberhaltige Reststoffe, die nicht dekontaminiert werden können sowie für die Dekontaminationsrückstände, welche an Aktivität angereichert wurden, soll innerhalb des Verbundprojekts untersucht werden, welche chemische Konversion zielführend ist und in welche inerten Matrices diese eingebunden werden können. Zielstellung des Konditionierungsverfahrens ist es, eine möglichst vollständige Immobilisierung der Radionuklide zu gewährleisten. Dies würde eine Endlagerung der radioaktiven Abfälle ermöglichen. Das Projekt soll die Grundlage für eine gesicherte Entsorgungsplanung der Ablieferungspflichtigen bilden. Es sind insgesamt 13 Arbeitspakete vorgesehen, wobei es sowohl um die genauere Untersuchung der vorhandenen Abfallkontingente geht (Identifizierung & Charakterisierung), als aber auch um die Erforschung eines geeigneten Dekontaminationsverfahrens für das radioaktive Quecksilber. AiNT wird zudem seine Kompetenz in den Bereichen Freigabeverfahren und Konditionierungskonzept einbringen.

Filtrationsverfahren Additive Fertigung (ADDIFIL)

Wasserstoffperoxid - Direktsynthese in Kohlendioxid als Reaktionsmedium im Membran-Mikroreaktor

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines kompakten, sicheren und effizienten, kontinuierlichen Verfahrens zur onsite-Herstellung von wässrigen Wasserstoffperoxid -Lösungen basierend auf der direkten Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff in flüssigem oder überkritischem Kohlendioxid als Reaktionsmedium an Pd/X-Trägerkatalysatoren (X: Zweitmetall als Dotierung) in einem speziellen mikrostrukturierten Membranreaktor. Wasserstoffperoxid ist ein umweltfreundliches Oxidationsmittel mit breitem Anwendungspotenzial. Der heute dominierende industrielle Prozess zu seiner Herstellung, das Anthrachinon-Verfahren (AO-Verfahren), ist jedoch wegen des hohen Energiebedarfs und der benötigten komplexen organischen Lösungsmittel weit entfernt von hoher Umweltfreundlichkeit. Die Wasserstoffperoxid-Direktsynthese ist eine erheblich effizientere und nachhaltige Alternative, die allerdings bisher noch nicht technisch umgesetzt ist, u.a. wegen der bestehenden Explosionsgefahr und des sich daraus ergebenden Zwangs zur Inertisierung, die sich ungünstig auf die Produktivität und damit auf die Herstellkosten auswirkt. Diese Probleme können mit einem innovativen Konzept zur Reaktionsführung der Direktsynthese überwunden werden, das im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes realisiert werden soll: Durch die Mikrostrukturierung des Reaktionsraumes soll die Sicherheit des Verfahrens (gute Kontrolle der Temperatur, der Verweilzeit und Unterdrückung der Totaloxidation) verbessert werden. Die Auswahl von Kohlendioxid als Lösungsmittel begünstigt die Löslichkeit der Reaktanden, was zu einer höheren Produktivität führen sollte. Über zwei getrennte poröse Membranen werden die beiden Reaktanden, Wasserstoff und Sauerstoff, über der Länge der Reaktionszone gleichmäßig verteilt direkt in die Reaktionskanäle zugeführt, was zu einem gut einstellbaren, über der gesamten Reaktorlänge annährend konstanten H2 /O2 -Verhältnis führen soll und dadurch eine hohe Selektivität ermöglicht. Ließen sich die Probleme der Wasserstoffperoxid-Direktsynthese mit unserem Konzept lösen, entstünde insbesondere die Möglichkeit zum Bau kleinerer, besonders kompakter Anlagen für die onsite-Erzeugung von Wasserstoffperoxid Lösungen für den direkten Gebrauch. Dadurch ließen sich Umweltrisiken verbunden mit Transport, Lagerung und Handhabung konzentrierter Wasserstoffperoxid Lösungen vermeiden. Die Verwendung von Kohlendioxid als Lösungsmittel ist dabei eine besonders umweltfreundliche Alternative. CO2 ist nicht toxisch, nicht brennbar, bringt keine Umweltgefährdung mit sich und kann nach der Reaktion einfach durch Reduzierung des Druckes von den Produkten getrennt, wieder komprimiert und anschließend weiter verwendet werden. Der Einsatz von CO2 als Lösungsmittel nutzt bereits vorhandenes CO2 und trägt daher nicht zur Erhöhung der anthropogenen Kohlendioxidemission bei.

NIP-II: Verbundvorhaben: BILBO - Brennstoffzellen-Integration im Labor und Betriebsoptimierung, Teilvorhaben: AOA

Im Vorhaben soll ein Halon-freies Brandunterdrückungssystem hinsichtlich der Integration in ein Flugzeug ausgelegt und Systemkomponenten in Leichtbau entwickelt werden. Das System basiert auf dem Einsatz des Brennstoffzellenabgases während der Haltephase. Dabei richten sich Aspekte auf die klimatischen Verhältnisse im Flugzeug, vor allem unter Berücksichtigung des mit Wasser gesättigten Brennstoffzellenabgases zur Inertisierung. In der Luftfahrt neuartige beheizte Löschmittelbehälter für Wasser und Inertgas-Hochdruckbehälter sollen im Vorhaben entwickelt und Funktionsmuster aufgebaut werden. Im Rahmen der Systemintegration und Systemverifikation soll die Systemfunktion unter verschiedenen Randbedingungen überprüft werden, wobei die Brandunterdrückung durch mit Wasser gesättigtem Brennstoffzellenabgas bei verschiedenen Umweltbedingungen einen Schwerpunkt bildet. Zudem werden Kriterien für die Zulassbarkeit eines halonfreien Brandbekämpfungssystems erarbeitet. Hierzu werden zulassungsrelevante Methoden und Messmittel zur Charakterisierung der Löschmittelwirkung und -verteilung entwickelt. Die Ergebnisse werden in erste Gespräche mit den Zulassungsbehörden einfließen, um Risiken hinsichtlich Zulassbarkeit des neuartigen Brandunterdrückungssystems zu minimieren.

Entwicklung, Simulation und prozesssichere Umsetzung zur umweltfreundlicheren und wirtschaftlicheren Beschichtung von komplexen Kunststoffbauteilen (ENSIKOM), Teilprojekt: Material- und Prozesssimulation

Immobilisierung von Schadstoffen aus industriellen Reststoffen durch Speichermineralbildung - Dynamische Brennversuche im halbtechnischen Massstab

Zur Verringerung der Auslaugbarkeit von industriellen Reststoffen sind verschiedene thermische Inertisierungsverfahren fuer die Immobilisierung von Schwermetallen entwickelt worden. Diese beruhen alle auf einer vollstaendigen Aufschmelzung des zu inertisierenden Rueckstandes mit teilweiser Einbindung der Schwermetalle in die entstehende Glasmatrix. Derartige Verfahren benoetigen aufgrund der hohen Temperaturen (1300 -1800 Grad C) Energien von bis zu 1,5 MWh/Tonne Abfall. Chlorid und Sulfat koennen nur sehr begrenzt in das Glas eingebaut werden. Leichtfluechtige Schwermetalle werden kondensiert und abgeschieden. Das Konzept der 'Inneren Barriere' ermoeglicht eine Verringerung der Auslaugbarkeit von Reststoffen durch Bildung von im geochemischen Milieu stabilen Phasen ('Speicherminerale'). Die Wirkung des 'Inneren-Barriere-Systems' beruht auf der kristallchemischen Fixierung von Schadstoffkationen und -anionen. Diese entstehen entweder durch thermische Behandlung des Abfalls (primaere Speicherminerale wie Apatite) oder durch eine hydraulische Reaktion (sekundaere Speicherminerale wie Ettringit, Kalziumaluminathydroxisalze etc.). Zur primaeren Speichermineralbildung reichen Temperaturen um 800 Grad C aus.

Ueber das Verhalten von Chlor und dessen Spezies bei unterschiedlichen Redoxzustaenden schmelzfluessiger Muellverbrennungsrueckstaende

Bei verschiedenen neuen Verfahren zur thermischen Behandlung von Rueckstaenden (Schlacken, Asche, Filterstaeube) aus Kehrichtverbrennungsanlagen, ist die Chlorproblematik ein immer wiederkehrender Diskussionspunkt, insbesondere bei Zugabe von chloridhaltigen Filterstaeuben ins Ofensystem bei sehr hohen Temperaturen. Dabei laufen je nach vorliegendem Redoxpotential unterschiedliche Reaktionen ab, die eine thermische Abtrennung von Schwermetallen aus der Schlackenschmelze stark beeinflussen. Ein besseres Verstaendnis der Reaktionskinetik zwischen chloridhaltigen Verbindungen und der Schlackenmatrix erlaubt die Festlegung des optimalen Ortes fuer die Zugabe von Filterstaub und Asche an der Schmelzanlage. Die 'Holderbank' Management und Beratung AG (HMB) entwickelte in ihren Labors die neue HSR-Technologie. Dieses Schmelzverfahren zeichnet sich durch einen geringen Waermeverbrauch aus und ist weltweit patentiert. Die Versuche im Halbtechnischen Massstab zeigten, dass das HSR-Verfahren umweltvertraegliche, mineralische Stoffe mit ausgezeichneten hydraulischen und puzzolanischen Eigenschaften produziert. Diese Produkte koennen in der Bauindustrie eingesetzt werden. Die Arbeiten im vorgeschlagenen Forschungsprojekt haben zum Ziel, die Mobilisierung von Schwermetallen und deren Verbindungen, kontrolliert im wesentlichen durch den Chloridgehalt, Redoxzustand von Atmosphaere und Schmelze, aus Produkten der Hausmuellverbrennung zu verstehen. Im Speziellen soll die Kinetik der Schwermetallabreicherung aus der Schlacke untersucht werden, einerseits durch Verdampfung andererseits durch Reduktion der Metallverbindungen in der Schlacke zu elementaren Metallen, die ins vorgelegte Eisenbad sedimentieren. Die Durchfuehrung der Arbeiten wird in 3 Phasen aufgegliedert, naemlich in Laborversuche im Grammmassstab, in Technikumsversuch im 100 kg-Massstab und in Pilotversuchen im Tonnenbereich.

Ressourceneffizienz mit dem Bandgießverfahren für die Produktion von HSD-Stählen, Teilprojekt 1: Koordination, Bandgießen und Weiterverarbeitung im Pilotmaßstab

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