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Demonstrationsvorhaben zur umweltschonenden Herstellung verbrauchsminimierter Kühl- und Gefriergeräte mittels innovativer Vakuumtechnologie

Die Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH ist die deutsche Produktionsgesellschaft der Sparte Hausgeräte der familiengeführten Liebherr-Unternehmensgruppe. Liebherr-Hausgeräte zählt als Spezialist im Bereich Kühlen und Gefrieren zu den europäischen Marktführern. Mit dem Vorhaben sollte der von der Liebherr beschrittene Weg der Energieeinsparung, Umweltschonung und Nachhaltigkeit von der Entwicklung über die Produktion bis hin zum Recycling konsequent fortgesetzt werden. Über 90 Prozent des Energieverbrauchs von Kühl- und Gefriergeräten werden zur Aufrechterhaltung der Temperaturdifferenz zwischen Geräteinnenraum und Geräteumgebung aufgebracht. Zur Reduzierung des Energieverbrauchs ist daher die Verbesserung der thermischen Isolierung ein wesentlicher Ansatzpunkt. Das Vorhaben zielte auf die erstmalige großtechnische Umsetzung eines vollkommen neuartigen Fertigungsprozesses für Kühl- und Gefriergeräte. Die Anlage sollte eine hohe Ressourcen- und Energieeffizienz im Fertigungsprozess wie auch einen gegenüber dem Stand der Technik signifikant niedrigeren Energieverbrauch in der Gerätenutzung über die gesamte Lebensdauer ermöglichen. Weiterhin sollten eine verbesserte Reparierbarkeit und Recycelbarkeit der Geräte erreicht werden. Der Lösungsansatz umfasste im Kern einen neuartigen, technisch komplexen, hochautomatisierten Struktur- und Formgebungsprozess zur Umsetzung eines neuartigen Konstruktionsprinzips zur thermischen Isolation von Kühl- und Gefriergeräten. Unter innovativer Anwendung des Prinzips der Vakuumwärmedämmung (BluRoX-Technologie) wird dabei – dem Aufbau und dem Funktionsprinzip herkömmlicher Vakuumisolationspaneele (VIP) folgend – ein geometrisch komplexer, thermisch hocheffizient isolierender Vakuumgerätekörper nebst Vakuumgerätetür aufgebaut. Die Ergebnisse des Messprogramms zeigen, dass gegenüber einem repräsentativen Referenzgerät über Herstellung und mindestens 17-jähriger Nutzungsphase pro Gerät insgesamt rd. 1,6 Megawattstunden Energie und 800 Kilogramm Treibhausgas- Emissionen (THG-Faktor: 0,498 Kilogramm pro Kilowattstunde) eingespart werden, davon rd. 500 Kilowattstunden bzw. 247 Kilogramm im Herstellprozess. Auf Basis aktueller Stückzahlenprognosen lässt sich dadurch eine kumulierte Energieeinsparung von mindestens 450 Gigawattstunden und eine Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen in Höhe von mindestens 224 Kilotonnen durch das Vorhaben erzielen, davon entfallen 33 Prozent der Einsparungen auf die Herstellung und 67 Prozent auf die Nutzungsphase der Geräte. Weiterhin lässt sich gegenüber herkömmlichen Geräten eine deutlich verbesserte Reparierbarkeit und Recyclingfähigkeit erzielen. Dies wird insbesondere durch die modulare Kapselung der Kühltechnik wie auch durch den Entfall von PU-Schaum als Dämmstoff möglich. Die BluRoX-Technologie lässt über den Bereich der Haushaltsgroßgeräte hinaus einen hohen Multiplikatoreffekt erwarten. Eines der einzigartigen Merkmale der Perlit-Vakuumisolationstechnologie besteht darin, dass das folienbasierte System mit Perlitfüllung beliebige Formen wie Rohre, Paneele, Boxen und Kessel kosteneffizient umhüllen und mit Vakuum isolieren kann. Das vakuumtechnologiebasierte Fertigungsverfahren mit seinen flexiblen Formgebungsmöglichkeiten erleichtert den Technologietransfer auf Anwendungen in andere Branchen und Märkte, wie Bauindustrie, Energietechnik, Logistik, Fahrzeugbau und Schienenfahrzeuge. Um die positiven Effekte und das profunde Wissen im Zusammenhang mit der Perlit-Vakuumisolationstechnologie über die Hausgeräteindustrie hinaus früh in die Breite zu tragen, wurde von Liebherr vorabensbegleitend die TerraVac GmbH gegründet, die intensiv an der Übertragbarkeit der Technologie auf andere Anwendungsbereiche arbeitet. Branche: Sonstiges verarbeitendes Gewerbe/Herstellung von Waren Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Liebherr-Hausgeräte Ochsenhausen GmbH Bundesland: Baden-Württemberg Laufzeit: 2021 - 2024 Status: Abgeschlossen

Nitratreduzierende mikrobielle Gemeinschaften aus porösem Gestein und Klüften im verkarsteten und geklüfteten Grundwasserleiter des Einzugsgebiets der Bronnbachquelle (Südwestdeutschland)

Verkarstete, zerklüftete unterirdische Aquifere sind wichtige Trinkwasserquellen. Der Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft hat jedoch zu einer Nitratinfiltration geführt. Der Konsum von nitrathaltigem Trinkwasser könnte zu gesundheitlichen Problemen führen, und die Europäische Union hat festgelegt, dass die Stickstoffkonzentration im Trinkwasser weniger als 50 mg/L betragen muss, um trinkbar zu sein. In landwirtschaftlich genutzten Regionen liegen die Nitratkonzentrationen jedoch häufig über diesem Grenzwert. So wurden beispielsweise im Einzugsgebiet der Ammer (Deutschland) Nitratkonzentrationen von bis zu 60 mg/l gemessen, während die Abflussgebiete nur 1 mg/l Nitrat enthielten. Diese Konzentrationsunterschiede lassen auf eine intensive Denitrifikation schließen. In unterirdischen oligotrophen Umgebungen können Mikroorganismen die Nitratreduktion mit der Eisen-/Schwefeloxidation koppeln. Die Bestimmung räumlicher Hot Spots, in denen Mikroben eine wichtige Rolle bei der Denitrifikation im Untergrund spielen, ist eine Herausforderung, und es ist daher nicht bekannt, ob die Denitrifikation nur in Klüften oder auch in der porösen Gesteinsmatrix stattfindet. Wir haben Gesteinskerne aus 70 m Tiefe entnommen - der gesättigten Zone der Bronnbachquelle (Deutschland). Das einzigartige Bohrloch ohne Verrohrung diente der Errichtung einer Grundwassermessstelle. Das erste Ziel dieses Projekts besteht darin, die Taxonomie und die funktionellen Fähigkeiten der denitrifizierenden Mikroorganismen zu bestimmen, die das Karbonatgestein bewohnen. Das zweite Ziel ist die Charakterisierung der mikrobiellen Besiedlung Pyrit-haltiger künstlicher und natürlicher poröser Gesteinsmatrixen und der Pyritoxidationsrate durch Laborexperimente. Für diese In-vitro-Studie werden Mikroorganismen verwendet, die zuvor aus Karbonatgestein angereichert wurden und die die Nitratreduktion mit (Eisen/Schwefel)-Oxidation verbinden. Das dritte Ziel besteht darin, die In-situ-Pyrit-Oxidationsrate in den künstlichen und natürlichen porösen Gesteinsmatrixen zu bestimmen. Dies wird durch die langfristige Inkubation von Pyrit-haltigen mikrobiellen Fallen (MTDs; mit Gesteinsmatrixen) im neu installierten Grundwasserbrunnen und durch die Überwachung der Veränderungen in der Zusammensetzung und der Funktionen der mikrobiellen Gemeinschaften, die die MTDs besiedeln, erreicht. Mittels der kombinierten Ergebnisse der Feld- und Laborarbeiten werden wir Folgendes ermitteln: i) die ökologischen Nischen der nitratreduzierenden Mikroorganismen im Grundwasserleiter des Einzugsgebiets der Bronnbachquelle, ii) die wichtigsten Mikroorganismen, die für den Nitratumsatz verantwortlich sind, iii) die Stoffwechseleigenschaften und Funktionen der nitratreduzierenden Mikroorganismen, iv) das Potenzial der Denitrifikanten, die poröse Gesteinsmatrix zu besiedeln, v) die Faktoren, die die Effizienz der Denitrifikation beeinflussen, und v) die Pyritoxidationsrate innerhalb der porösen Gesteinsmatrix.

Entwicklung von preiswerten, schalldaemmenden Wandelementen (Fensterelemente, Trennwaende, Maschinenkapselungen)

Ziel: Schalldaemmende Wandelemente (wie Trennwaende und Raumteiler, ferner Kapselungen von lauten Maschinen, sowie Fensterelemente, bestehend aus Fenster, Tuer, Luefter, Rollkasten) mit einem preiswerten Schalldaemmwert, das heisst optimales dB/Preis-Verhaeltnis. Der Nachteil der handelsueblichen Elemente ist ihr hoher Preis, ferner keine Abstimmung zwischen den Teilelementen, so dass 'schwache' und 'starke' Elemente nebeneinander eingesetzt werden. Die Fahrerkabinen von LKW und Baumaschinen sind nicht ausreichend vom Motor und Getriebe schallisoliert. Vorliegende Ergebnisse: Preiswerter Schallschutz mit neuen Rolladen-Fenster-Elementen.

Weiterentwicklung von Geräten für eine trockenmechanische Ecken- und Innenkantendekontamination in kerntechnischen Anlagen, Teilprojekt: Detaillierung und Ausgestaltung der Versuchsmuster samt Einhausung mit Absaugung

Neuartiges Konzept zum Bau von kostengünstigen geothermischen Bohrungen mit Electro Pulse Power Technologie, Teilvorhaben: Entwicklung des Steuerungs- und Messmoduls für eine EPP-CwD-System

Die Klimaziele der Bundesrepublik Deutschland, wie Triebhausgasneutralität bis 2045 und die Dekarbonisierung der Energiewirtschaft, werden nur durch einen Ausbau der Geothermie als grundlastfähige, regenerative Energiequelle ermöglicht. Der wirtschaftliche Erfolg von Geothermieprojekten wird maßgeblich durch die Bohrkosten bestimmt. Diese sind eng mit der verfügbaren Bohrtechnik verknüpft. In dem für die Geothermie relevanten harten Grundgebirge bohren die derzeit eingesetzten konventionellen Bohrwerkzeuge nur sehr langsam und verschleißen schnell. Infolgedessen entstehen Bohrkosten bis mehreren 10 Mio. EUR und somit ein enormes finanzielles Risiko. In einem mehrstufigen Entwicklungsprojekt konnte ein innovatives Bohrsystem auf Basis des Elektroimpulsverfahren (EIV) entwickelt und erprobt. Das EIV nutzt die zerstörende Wirkung elektrischer Entladungen zum Lösen des Gesteins. Mechanische Kräfte sind für den Prozess nicht notwendig. Die zugehörigen Versuche zur Erprobung des Verfahrens und des EIV-Bohrsystems geben die wirtschaftlichen Vorteile zu erkennen. Das Projekt DEEPLIGHT greift diesen Stand der Technik auf und überführt ihn in ein neues Komplettierungsverfahren, das Casing-Drilling. Dadurch, dass keine mechanischen Kräfte für das Werkzeug benötigt werden, stehen Leistungsreserven für den gleichzeitigen Einbau der Stützverrohrung (Casing) zur Verfügung. Bisher konnte das Casing-Drilling noch zu keinem Durchbruch entwickelt werden, da die Übertragung der Werkzeugkräfte ein wesentliches Hindernis darstellen. Durch die Kombination mit dem EIV wird dieses Hindernis umgangen. In enger Zusammenarbeit der internationalen und interdisziplinären Partner wird ein Bohrsystem entwickelt und erprobt, dass analog zu konventionellen Werkzeugen an vorhandenen Bohranlagen eingesetzt werden kann. Durch den simultanen Ablauf von Bohren und Verrohren wird die Zeit zur Erstellung von Geothermiebohrungen gesenkt und somit die Wirtschaftlichkeit von Geothermieprojekten verbessert.

PV-Module aus Perowskit-Silizium Tandemsolarzellen auf Basis der Q.ANTUM Technologie, Teilvorhaben: Prozessentwicklung und Charakterisierung

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen sind die aktuell vielversprechendste Möglichkeit, den Wirkungsgrad von zukünftigen photovoltaischen (PV) Produkten kosteneffizient über das Limit von ausschließlich auf Silizium basierten Solarzellen hinaus zu steigern. Neben der Zelltechnologie ist die Verschaltung und Einkapselung in langzeitstabile Solarmodule die Hauptherausforderung für eine zukünftige Kommerzialisierung von Tandemsolarzellen. Das Ziel des Projektes MoQa ist die Entwicklung eines langzeitstabilen Modulverbunds für Tandemsolarzellen mit industriell geeigneten Prozessen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Tandemsolarzellen auf die Integration in Solarmodule hin optimiert und verschiedene Metallisierungsverfahren auf ihre Eignung evaluiert und weiterentwickelt. Darüber hinaus liegt der Projektschwerpunkt auf der Entwicklung von innovativen Verschaltungstechnologien und der Einkapselung der Tandemsolarzellen, um den Schritt der Tandem-Technologie auf die Modul- und damit die Produktebene zu realisieren. Im zweiten Schwerpunkt des Projektes wird die Einkapselungstechnologie für Tandemsolarzellen entwickelt. Zentrale Herausforderungen sind der Feuchtigkeitsausschluss, die Entwicklung eines Laminationsprozesses sowie die Verwendung von geeigneten Einkapselungsmaterialien. Im Bereich der Langzeitstabilität liegt der Fokus auf der Erarbeitung von Erkenntnissen zur Beschleunigung der für die Tandem Technologie kritischen Belastungen: Der Wasserdampfdurchlässigkeit der Einkapselung, der thermomechanischen Stabilität der entwickelten Verbindungstechnik sowie der UV-Belastung.

PV-Module aus Perowskit-Silizium Tandemsolarzellen auf Basis der Q.ANTUM Technologie, Teilvorhaben: Entwicklung einer wasserdampfundurchlässigen Randversiegelung für Tandem PV-Module

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen sind die aktuell vielversprechendste Möglichkeit, den Wirkungsgrad von zukünftigen photovoltaischen (PV) Produkten kosteneffizient über das Limit von ausschließlich auf Silizium basierten Solarzellen hinaus zu steigern. Neben der Zelltechnologie ist die Verschaltung und Einkapselung in langzeitstabile Solarmodule die Hauptherausforderung für eine zukünftige Kommerzialisierung von Tandemsolarzellen. Das Ziel des Projektes MoQa ist die Entwicklung eines langzeitstabilen Modulverbunds für Tandemsolarzellen mit industriell geeigneten Prozessen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden Tandemsolarzellen auf die Integration in Solarmodule hin optimiert und verschiedene Metallisierungsverfahren auf ihre Eignung evaluiert und weiterentwickelt. Darüber hinaus liegt der Projektschwerpunkt auf der Entwicklung von innovativen Verschaltungstechnologien und der Einkapselung der Tandemsolarzellen, um den Schritt der Tandem-Technologie auf die Modul- und damit die Produktebene zu realisieren. Im zweiten Schwerpunkt des Projektes wird die Einkapselungstechnologie für Tandemsolarzellen entwickelt. Zentrale Herausforderungen sind der Feuchtigkeitsausschluss, die Entwicklung eines Laminationsprozesses sowie die Verwendung von geeigneten Einkapselungsmaterialien. Im Bereich der Langzeitstabilität liegt der Fokus auf der Erarbeitung von Erkenntnissen zur Beschleunigung der für die Tandem Technologie kritischen Belastungen: Der Wasserdampfdurchlässigkeit der Einkapselung, der thermomechanischen Stabilität der entwickelten Verbindungstechnik sowie der UV-Belastung.

Deutscher Bohrungsnachweis

Der Deutsche Bohrungsnachweis (German Borehole Locations - GBL) bietet Zugriff auf Bohrdaten in der Bundesrepublik Deutschland, die von den Staatlichen Geologischen Diensten der Bundesländer (SGD) bereitgestellt werden. In Deutschland sind die SGD für die Speicherung, Verarbeitung und Weitergabe der Informationen über Bohrungen zuständig. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes werden die Bohrdaten in generalisierter Form über das Austauschformat BoreholeML bei der BGR zentral zusammengeführt. Der Geodatensatz beinhaltet die übermittelten Stammdaten der Bohrungen aus den beteiligten Ländern in BoreholeML Kodierung. Diese Kodierung kann über die mitgelieferte Data Specification -codeLists- in Klartext aufgelöst werden. Die gleichen Informationen sind auch abrufbar in der Bohrpunktkarte Deutschland https://boreholemap.bgr.de/ auf dem Reiter „Stammdaten“ zu jeder Bohrung.

Radialverdichter mit betriebsbereichserweiterndem Casing Treatment für effiziente wasserstoffbasierte Power-to-X-Technologien

Wasserstoff nimmt in der zukünftigen Energieversorgung einen wichtigen Stellenwert ein. Zur Verdichtung und Verflüssigung von Wasserstoff und anderen Energieträgern werden häufig Radialverdichter als Anlagenkomponente eingesetzt. Diese sind aufgrund ihrer hohen Stufendruckverhältnisse, ihrer Robustheit, ihrer niedrigen Investitionskosten sowie der guten Regelbarkeit besonders geeignet. Eine Erweiterung ihres stabilen Betriebsbereiches ist aufgrund der fluktuierenden Überschüsse der erneuerbaren Energien durch den zusätzlichen Einsatz eines Casing Treatments (CT) wünschenswert. Im Rahmen dieses Vorhabens wird ein CT für eine industrielle Radialverdichterstufe mit Vorleitrad (VIGV) ausgelegt und in den bestehenden Prüfstand integriert. Aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen dem Laufrad und dem CT muss der Aspekt der Instationarität bereits in der Auslegung berücksichtigt werden, um ein effektives Design zu entwickeln. Aus diesem Grund wird die Auslegung bzw. Optimierung erstmalig mit Hilfe eines Frequenzbereichsverfahrens durchgeführt werden. Die Verwendung effizienter Simulationsverfahren ermöglicht es, komplexe instationäre Problemstellungen auch mit hoher Anzahl an freien Parametern mit vertretbaren Ressourcenaufwand zu lösen. Die experimentellen Messkampagnen untersuchen erstmalig, in welchem Maße bei verschiedenen Drehzahlen die Kennfeldbreite des Radialverdichters mithilfe der Kombination aus CT und VIGV erweitert wird. Es soll geklärt werden, inwiefern der Vordrall des VIGVs die Wirksamkeit des CTs beziehungsweise die Stabilität der Stufe beeinflusst. Von besonderem Interesse sind der Entstehungsort und der Mechanismus der Strömungsphänomene, die zur Stabilitätsminderung führen. Zuletzt wird der Einfluss des CTs auf den Wirkungsgrad des Radialverdichters untersucht. Die gleichzeitig durchgeführten instationären Strömungssimulationen vervollständigen das physikalische Verständnis der geplanten Messkampagne.

HyFaB-Stack Industrialisierung für Großserien, Teilvorhaben: Entwicklung eines serientauglichen Konzepts für die Verspannung und Einhausung von Brennstoffzellenstacks

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