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Small Modular Reactors

Small Modular Reactors Die wichtigsten Informationen zu Small Modular Reactors – kurz SMR – bietet unser Überblick: Was ist von den neuen Reaktorkonzepten zu erwarten? Welche Einsatzbereiche haben diese Konzepte, welche Länder entwickeln sie und wie hoch ist ihr Sicherheitsrisiko? Gutachten zu Small Modular Reactors Montage des Kernmoduls des SMR Linglong One in der südchinesischen Provinz Hainan © picture alliance / Xinhua News Agency | Liu Yiwei Das BASE hat ein Gutachten zu SMR erstellen lassen. Darin wurden 136 verschiedene historische sowie aktuelle Reaktoren bzw. SMR-Konzepte betrachtet, 31 davon besonders detailliert. Das Gutachten liefert eine wissenschaftliche Einschätzung zu möglichen Einsatzbereichen und den damit verbundenen Sicherheitsfragen und Risiken. Das Gutachten ist im Auftrag des BASE vom Öko-Institut Freiburg in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik der TU Berlin sowie dem Physikerbüro Bremen angefertigt worden. SMR-Konzepte („Small Modular Reactors“) gehen auf Entwicklungen der 1950er Jahre zurück, insbesondere den Versuch, Atomkraft als Antriebstechnologie für Militär-U-Boote nutzbar zu machen. Weltweit existieren heute unterschiedlichste Konzepte und Entwicklungen für SMR. Die überwiegende Mehrzahl davon befindet sich auf der Ebene von Konzeptstudien. Das BASE hat ein Gutachten zu SMR in Auftrag gegeben. Daraus lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: Die Bandbreite der durch den Begriff SMR erfassten Konzepte reicht von „heutigen“ Leichtwasserreaktoren mit geringer Leistung bis hin zu andersartigen Konzepten, für die bislang wenig oder keine industrielle Vorerfahrung vorliegt (wie beispielsweise Hochtemperatur- oder Salzschmelze-Reaktorkonzepte). Die diskutierten Einsatzbereiche betreffen neben der regulären Stromversorgung insbesondere die dezentrale Stromversorgung für Industrie bzw. Haushalte sowie Wärme für Fernwärme, Meerwasserentsalzung und Industrieprozesse. Darüber hinaus werden auch militärische Nutzungen wie mobil einsetzbare Mikroreaktoren verfolgt. Um weltweit dieselbe elektrische Leistung zu erzeugen wie mit heutigen neuen Atomkraftwerken wäre eine um den Faktor 3-1000 größere Anzahl an Anlagen erforderlich. Anstelle von heute circa 400 Reaktoren mit großer Leistung würde dies also den Bau von vielen tausend bis zehntausend SMR-Anlagen bedeuten. Gegenüber Atomkraftwerken mit großer Leistung könnten SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile erzielen, da sie ein beispielsweise geringeres radioaktives Inventar pro Reaktor aufweisen. Die hohe Anzahl an Reaktoren, die für die gleiche Produktionsmenge an elektrischer Leistung notwendig ist, erhöht das Risiko jedoch wiederum um ein Vielfaches. Anders als teilweise von Herstellern angegeben, muss bisher davon ausgegangen werden, dass für den anlagenexternen Notfallschutz bei SMR die Möglichkeit von Kontaminationen besteht, die deutlich über das Anlagengelände hinausreichen. Durch die geringe elektrische Leistung sind bei SMR die Baukosten relativ betrachtet höher als bei großen Atomkraftwerken . Eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Atomindustrie legt nahe, dass im Mittel dreitausend SMR produziert werden müssten bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde. Folgende Fragen und Antworten lassen sich aus dem Gutachten ableiten: Definition: Was ist ein SMR? Trotz der seit langem praktizierten Verwendung des Begriffs SMR gibt es bis heute keine international einheitliche Definition für diesen Begriff. Eine Definition der IAEA beschreibt SMR als eine Gruppe kleiner Leistungsreaktoren mit geringerer Leistung als die heutiger Atomkraftwerke von bis zu unter 10 MWe (Mikroreaktoren) bis zu einer Leistung von typischerweise 300 MWe. Übliche konventionelle Reaktoren haben demgegenüber eine Leistung in der Größenordnung von über 1000 MWe. Die Funktionsweise dieser Reaktorgruppe ist sehr divers: Bei einer Reihe von Konzepten entspricht sie der Funktionsweise heutiger Leichtwasserreaktoren. Diese Typen der SMR unterliegen somit geringeren Entwicklungsrisiken, die Entwickler können auf Betriebserfahrung zurückgreifen. Zum anderen liegen den SMR auch neuartige Konzeptideen mit wenig bzw. keiner industrieller Vorerfahrung zugrunde. Letztere können den Hochtemperaturreaktoren, Reaktoren mit einem schnellen Neutronenspektrum oder den Salzschmelzreaktoren zugeordnet werden. Einsatzbereiche: Welche Länder entwickeln SMR? Die aktuelle Entwicklung von SMRs ist derzeit größtenteils staatlich finanziert und findet in starkem Maß in den USA , Kanada und dem Vereinten Königreich statt. Die SMRs können bei entsprechenden Voraussetzungen nicht nur im eigenen Land errichtet, sondern auch in andere Länder verkauft werden. Im Bereich der SMR spielen industrie- und geopolitische Motivlagen sowie militärische Interessen eine Rolle. Die Mehrheit der Länder, die SMR-Entwicklungsaktivitäten verfolgen, unterhalten Atomwaffenprogramme und bauen Atom -U-Boote und/oder verfügen bereits über ein großes „ziviles“ Atomprogramm. Neben der regulären Stromversorgung werden insbesondere die dezentrale Stromversorgung für Industrie bzw. Haushalte sowie Wärme für Fernwärme, Meerwasserentsalzung und Industrieprozesse genannt; darüber hinaus werden auch militärische Nutzungen wie mobil einsetzbare Mikroreaktoren verfolgt. In Russland erfolgt der Einsatz von sogenannten Floating Nuclear Power Plants (Akademik Lomonossow, KLT-40S), um abgelegene Regionen zu versorgen. Neben traditionellen Atomenergieländern zeigen auch Länder mit fehlender Kompetenz und Infrastruktur in der Kerntechnik zunehmend Interesse an SMRs, wie zum Beispiel Saudi-Arabien und Jordanien. Maßnahmen gegen den Klimawandel: Können SMR einen Beitrag leisten? Sofern SMR auch als Lösung im Kontext der Bekämpfung der Gefahren des Klimawandels und der damit verbundenen Reduzierung der Treibhausgasemissionen zur globalen Stromversorgung vorgeschlagen werden, ist die mit ihnen erzielte Stromproduktion relevant. Heutige neue Atomkraftwerke weisen elektrische Leistungen im Bereich von 1.000-1.600 MWe auf. Die SMR-Konzepte, die in dem vom BASE in Auftrag gegebenen Gutachten (siehe Infokasten auf dieser Seite) betrachtet worden sind, sehen dagegen geplante elektrische Leistungen von 1,5-300 MWe vor. Entsprechend wäre zur Bereitstellung derselben elektrischen Leistung eine um den Faktor 3-1000 größere Anzahl an Anlagen erforderlich. Anstelle von heute circa 400 Reaktoren mit großer Leistung würde dies also den Bau von mehreren tausend bis zehntausend SMR-Anlagen bedeuten. Dieses Ziel liegt in weiter Ferne. Zudem werden verschiedene Risiken, die mit Vervielfachung der Zahl der Anlagen einhergehen, bei der Planung weitgehend vernachlässigt: insbesondere Fragen des Transports, des Rückbaus sowie der Zwischen- und Endlagerung . Wirtschaftlichkeit: Würde sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen? SMR versprechen durch ihre Modularität kürzere Produktionszeiten sowie geringere Produktionskosten. Einzelne Komponenten oder auch der gesamte SMR sollen industriell (massen-)gefertigt und bei Bedarf zu den ausgewählten Standorten zur Installation transportiert werden. Vergleichbar mit einem Baukastenprinzip kann am Standort in kurzer Zeit aus den Komponenten (Modulen) ein einzelner Reaktor mit kleiner Leistung oder auch eine größere Anlage aus mehreren kleinen Reaktor-Modulen errichtet werden. Durch die geringe elektrische Leistung sind die spezifischen Baukosten durch den Verlust der Skaleneffekte höher als bei großen Atomkraftwerken . In dem vom BASE in Auftrag gegebenen Gutachten (siehe Infokasten in der oberen Hälfte dieser Seite) wird eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Nuklearindustrie aufgemacht: Demnach müssen im Mittel dreitausend SMR produziert werden bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde. Es ist somit nicht zu erwarten, dass der strukturelle Kostennachteil von Reaktoren mit kleiner Leistung durch Lern- bzw. Masseneffekte kompensiert werden kann. Die Bereitstellung von SMR erfolgt wie bei Atomkraftwerken mit großer Leistung überwiegend staatlich bzw. von der Nachfrage (Endkunden, Militär) abgesichert. Zwar entwickeln sich auch Spin-Offs aus staatlich finanzierten Großforschungseinrichtungen und es gibt auch neu gegründete Start-ups, aber deren Geschäftsmodelle beruhen ebenfalls auf langfristiger staatlicher Finanzierung. Insgesamt ist daher nicht abzusehen, dass SMR-Konzepte andere Organisationsmodelle entwickeln können, als sie seit circa 70 Jahren im Bereich der Atomtechnik betrieben werden. Eine weitere wesentliche Begründung für die Entwicklung von SMR-Konzepten ist die Erwartung kürzerer Zeithorizonte, insbesondere geringerer Bauzeiten und unter Umständen auch ein weniger komplizierter Rückbau . Die Betrachtung aktuell im Bau bzw. Betrieb befindlicher Anlagen lässt diese Vermutung als nicht empirisch fundiert erscheinen: Planungs-, Entwicklungs- und Bauzeiten übersteigen die ursprünglichen Zeithorizonte in der Regel um ein Vielfaches. Die Erfahrung mit historischen SMR deuten darauf hin, dass die Betriebszeiten von nicht-wassergekühlten SMR-Vorhaben kurz sind und der Rückbau sich als langwierig erweist. Regulatorische Anforderungen: Wie hoch ist das Sicherheitsrisiko bei SMR? Spezielle Einsatzszenarien wie die Modularität, neue Herstellungsverfahren, Materialien und technologische Lösungen für die Sicherheitsfunktionen erfordern vielfach neue regulatorische Ansätze. Bei einer geplanten, weltweiten Verbreitung von SMR ergeben sich damit vollkommen neue Fragestellungen für die zuständigen Genehmigungs- und Aufsichtsbehörden. So liegen bislang keine SMR-spezifischen nationalen oder internationalen Sicherheitsstandards vor. Da viele SMR-Entwickler einen weltweiten Einsatz ihrer SMR-Konzepte anstreben, würde dies eine internationale Standardisierung der Anforderungen erforderlich machen. Dies ist gerade bei etablierten Atomenergiestaaten derzeit nicht absehbar. Insgesamt könnten SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile gegenüber Atomkraftwerken mit großer Leistung erzielen, da sie ein geringeres radioaktives Inventar pro Reaktor aufweisen und durch gezielte Vereinfachungen und einen verstärkten Einsatz der Nutzung passiver Systeme ein höheres Sicherheitsniveau anstreben. Durch ihre geringere Größe versprechen Entwickler ein geringeres Sicherheitsrisiko der Reaktoren. Die hohe Anzahl an Reaktoren zur Bereitstellung signifikanter Mengen elektrischer Leistung und ihre geplante weltweite Nutzung wird das Risiko jedoch wiederum um ein Vielfaches erhöht. Auch verfolgen viele SMR-Konzepte den Anspruch auf reduzierte Sicherheitsanforderungen beispielsweise mit Blick auf die Diversität bei Sicherheitssystemen. Manche SMR-Konzepte fordern sogar den Verzicht auf heutige Anforderungen ein, so im Bereich des anlageninternen Notfallschutzes. Andere verzichten vollständig auf eine externe Notfallschutzplanung. Diese, auch zur Kosteneffizienz verfolgte Sicherheitskonzepte, tragen zu einer Erhöhung der Risiken bei. Zugang zu atomwaffenfähigem Material: Vergrößert SMR das Risiko? Verschiedene nicht-wassergekühlte SMR -Konzepte sehen den Einsatz von höheren Urananreicherungen oder die Nutzung von Plutoniumbrennstoffen sowie von Wiederaufarbeitungstechnologie vor. Dies wirkt sich nachteilig auf die Proliferationsresistenz – also die Erfordernis, den Zugang zu oder die Technologie zur Herstellung von atomwaffenfähigen Material zu verhindern – aus. Als ein weiterer wesentlicher Unterschied von SMR -Konzepten zu heutigen Leistungsreaktoren wird häufig die Nutzung von Systemen genannt, die eine lange Laufzeit aufweisen und als geschlossenes System geliefert würden. Dies könnte durch Versiegelung die Überwachung vereinfachen und Transporte minimieren. Durch den hohen Abbrand wird das Spaltmaterial zudem nach einiger Zeit unattraktiv. Nachteilig wirkt sich aber die hohe erforderliche Menge an Spaltmaterial zu Beginn des Reaktorbetriebs aus. Ein zusätzlicher Aspekt betrifft die Möglichkeiten der Spaltmaterialüberwachung durch die Internationale Atomenergieorganisation. Viele der Standardmethoden zur Spaltmaterialüberwachung passen nicht direkt auf die Besonderheiten von SMR -Konzepten, es stellen sich damit neue Herausforderungen. Definition: Was ist ein SMR? Trotz der seit langem praktizierten Verwendung des Begriffs SMR gibt es bis heute keine international einheitliche Definition für diesen Begriff. Eine Definition der IAEA beschreibt SMR als eine Gruppe kleiner Leistungsreaktoren mit geringerer Leistung als die heutiger Atomkraftwerke von bis zu unter 10 MWe (Mikroreaktoren) bis zu einer Leistung von typischerweise 300 MWe. Übliche konventionelle Reaktoren haben demgegenüber eine Leistung in der Größenordnung von über 1000 MWe. Die Funktionsweise dieser Reaktorgruppe ist sehr divers: Bei einer Reihe von Konzepten entspricht sie der Funktionsweise heutiger Leichtwasserreaktoren. Diese Typen der SMR unterliegen somit geringeren Entwicklungsrisiken, die Entwickler können auf Betriebserfahrung zurückgreifen. Zum anderen liegen den SMR auch neuartige Konzeptideen mit wenig bzw. keiner industrieller Vorerfahrung zugrunde. Letztere können den Hochtemperaturreaktoren, Reaktoren mit einem schnellen Neutronenspektrum oder den Salzschmelzreaktoren zugeordnet werden. Einsatzbereiche: Welche Länder entwickeln SMR? Die aktuelle Entwicklung von SMRs ist derzeit größtenteils staatlich finanziert und findet in starkem Maß in den USA , Kanada und dem Vereinten Königreich statt. Die SMRs können bei entsprechenden Voraussetzungen nicht nur im eigenen Land errichtet, sondern auch in andere Länder verkauft werden. Im Bereich der SMR spielen industrie- und geopolitische Motivlagen sowie militärische Interessen eine Rolle. Die Mehrheit der Länder, die SMR-Entwicklungsaktivitäten verfolgen, unterhalten Atomwaffenprogramme und bauen Atom -U-Boote und/oder verfügen bereits über ein großes „ziviles“ Atomprogramm. Neben der regulären Stromversorgung werden insbesondere die dezentrale Stromversorgung für Industrie bzw. Haushalte sowie Wärme für Fernwärme, Meerwasserentsalzung und Industrieprozesse genannt; darüber hinaus werden auch militärische Nutzungen wie mobil einsetzbare Mikroreaktoren verfolgt. In Russland erfolgt der Einsatz von sogenannten Floating Nuclear Power Plants (Akademik Lomonossow, KLT-40S), um abgelegene Regionen zu versorgen. Neben traditionellen Atomenergieländern zeigen auch Länder mit fehlender Kompetenz und Infrastruktur in der Kerntechnik zunehmend Interesse an SMRs, wie zum Beispiel Saudi-Arabien und Jordanien. Maßnahmen gegen den Klimawandel: Können SMR einen Beitrag leisten? Sofern SMR auch als Lösung im Kontext der Bekämpfung der Gefahren des Klimawandels und der damit verbundenen Reduzierung der Treibhausgasemissionen zur globalen Stromversorgung vorgeschlagen werden, ist die mit ihnen erzielte Stromproduktion relevant. Heutige neue Atomkraftwerke weisen elektrische Leistungen im Bereich von 1.000-1.600 MWe auf. Die SMR-Konzepte, die in dem vom BASE in Auftrag gegebenen Gutachten (siehe Infokasten auf dieser Seite) betrachtet worden sind, sehen dagegen geplante elektrische Leistungen von 1,5-300 MWe vor. Entsprechend wäre zur Bereitstellung derselben elektrischen Leistung eine um den Faktor 3-1000 größere Anzahl an Anlagen erforderlich. Anstelle von heute circa 400 Reaktoren mit großer Leistung würde dies also den Bau von mehreren tausend bis zehntausend SMR-Anlagen bedeuten. Dieses Ziel liegt in weiter Ferne. Zudem werden verschiedene Risiken, die mit Vervielfachung der Zahl der Anlagen einhergehen, bei der Planung weitgehend vernachlässigt: insbesondere Fragen des Transports, des Rückbaus sowie der Zwischen- und Endlagerung . Wirtschaftlichkeit: Würde sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen? SMR versprechen durch ihre Modularität kürzere Produktionszeiten sowie geringere Produktionskosten. Einzelne Komponenten oder auch der gesamte SMR sollen industriell (massen-)gefertigt und bei Bedarf zu den ausgewählten Standorten zur Installation transportiert werden. Vergleichbar mit einem Baukastenprinzip kann am Standort in kurzer Zeit aus den Komponenten (Modulen) ein einzelner Reaktor mit kleiner Leistung oder auch eine größere Anlage aus mehreren kleinen Reaktor-Modulen errichtet werden. Durch die geringe elektrische Leistung sind die spezifischen Baukosten durch den Verlust der Skaleneffekte höher als bei großen Atomkraftwerken . In dem vom BASE in Auftrag gegebenen Gutachten (siehe Infokasten in der oberen Hälfte dieser Seite) wird eine Produktionskostenrechnung unter Berücksichtigung von Skalen-, Massen- und Lerneffekten aus der Nuklearindustrie aufgemacht: Demnach müssen im Mittel dreitausend SMR produziert werden bevor sich der Einstieg in die SMR-Produktion lohnen würde. Es ist somit nicht zu erwarten, dass der strukturelle Kostennachteil von Reaktoren mit kleiner Leistung durch Lern- bzw. Masseneffekte kompensiert werden kann. Die Bereitstellung von SMR erfolgt wie bei Atomkraftwerken mit großer Leistung überwiegend staatlich bzw. von der Nachfrage (Endkunden, Militär) abgesichert. Zwar entwickeln sich auch Spin-Offs aus staatlich finanzierten Großforschungseinrichtungen und es gibt auch neu gegründete Start-ups, aber deren Geschäftsmodelle beruhen ebenfalls auf langfristiger staatlicher Finanzierung. Insgesamt ist daher nicht abzusehen, dass SMR-Konzepte andere Organisationsmodelle entwickeln können, als sie seit circa 70 Jahren im Bereich der Atomtechnik betrieben werden. Eine weitere wesentliche Begründung für die Entwicklung von SMR-Konzepten ist die Erwartung kürzerer Zeithorizonte, insbesondere geringerer Bauzeiten und unter Umständen auch ein weniger komplizierter Rückbau . Die Betrachtung aktuell im Bau bzw. Betrieb befindlicher Anlagen lässt diese Vermutung als nicht empirisch fundiert erscheinen: Planungs-, Entwicklungs- und Bauzeiten übersteigen die ursprünglichen Zeithorizonte in der Regel um ein Vielfaches. Die Erfahrung mit historischen SMR deuten darauf hin, dass die Betriebszeiten von nicht-wassergekühlten SMR-Vorhaben kurz sind und der Rückbau sich als langwierig erweist. Regulatorische Anforderungen: Wie hoch ist das Sicherheitsrisiko bei SMR? Spezielle Einsatzszenarien wie die Modularität, neue Herstellungsverfahren, Materialien und technologische Lösungen für die Sicherheitsfunktionen erfordern vielfach neue regulatorische Ansätze. Bei einer geplanten, weltweiten Verbreitung von SMR ergeben sich damit vollkommen neue Fragestellungen für die zuständigen Genehmigungs- und Aufsichtsbehörden. So liegen bislang keine SMR-spezifischen nationalen oder internationalen Sicherheitsstandards vor. Da viele SMR-Entwickler einen weltweiten Einsatz ihrer SMR-Konzepte anstreben, würde dies eine internationale Standardisierung der Anforderungen erforderlich machen. Dies ist gerade bei etablierten Atomenergiestaaten derzeit nicht absehbar. Insgesamt könnten SMR potenziell sicherheitstechnische Vorteile gegenüber Atomkraftwerken mit großer Leistung erzielen, da sie ein geringeres radioaktives Inventar pro Reaktor aufweisen und durch gezielte Vereinfachungen und einen verstärkten Einsatz der Nutzung passiver Systeme ein höheres Sicherheitsniveau anstreben. Durch ihre geringere Größe versprechen Entwickler ein geringeres Sicherheitsrisiko der Reaktoren. Die hohe Anzahl an Reaktoren zur Bereitstellung signifikanter Mengen elektrischer Leistung und ihre geplante weltweite Nutzung wird das Risiko jedoch wiederum um ein Vielfaches erhöht. Auch verfolgen viele SMR-Konzepte den Anspruch auf reduzierte Sicherheitsanforderungen beispielsweise mit Blick auf die Diversität bei Sicherheitssystemen. Manche SMR-Konzepte fordern sogar den Verzicht auf heutige Anforderungen ein, so im Bereich des anlageninternen Notfallschutzes. Andere verzichten vollständig auf eine externe Notfallschutzplanung. Diese, auch zur Kosteneffizienz verfolgte Sicherheitskonzepte, tragen zu einer Erhöhung der Risiken bei. Zugang zu atomwaffenfähigem Material: Vergrößert SMR das Risiko? Verschiedene nicht-wassergekühlte SMR -Konzepte sehen den Einsatz von höheren Urananreicherungen oder die Nutzung von Plutoniumbrennstoffen sowie von Wiederaufarbeitungstechnologie vor. Dies wirkt sich nachteilig auf die Proliferationsresistenz – also die Erfordernis, den Zugang zu oder die Technologie zur Herstellung von atomwaffenfähigen Material zu verhindern – aus. Als ein weiterer wesentlicher Unterschied von SMR -Konzepten zu heutigen Leistungsreaktoren wird häufig die Nutzung von Systemen genannt, die eine lange Laufzeit aufweisen und als geschlossenes System geliefert würden. Dies könnte durch Versiegelung die Überwachung vereinfachen und Transporte minimieren. Durch den hohen Abbrand wird das Spaltmaterial zudem nach einiger Zeit unattraktiv. Nachteilig wirkt sich aber die hohe erforderliche Menge an Spaltmaterial zu Beginn des Reaktorbetriebs aus. Ein zusätzlicher Aspekt betrifft die Möglichkeiten der Spaltmaterialüberwachung durch die Internationale Atomenergieorganisation. Viele der Standardmethoden zur Spaltmaterialüberwachung passen nicht direkt auf die Besonderheiten von SMR -Konzepten, es stellen sich damit neue Herausforderungen. Gutachten zum Download Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung einer Anwendung von SMR-Konzepten (Small Modular Reactors) Herunterladen (PDF, 3MB, barrierefrei⁄barrierearm) Kurzinformationen zu Small Modular Reactors Small Modular Reactors (SMR) Herunterladen (PDF, 72KB, barrierefrei⁄barrierearm) Informationsseite des World Nuclear Industry Status Reports 2023 World Nuclear Industry Status Report 2023

Optimierung der Ammoniummetawolframat-Konzentration via Umkehrosmose (AMW-OSMO)

Die H.C. Starck Tungsten GmbH produziert aus Recyclingmaterialien und Erzen hochleistungsfähige Wolfram-Pulver und Wolfram-Verbindungen für den Maschinen- und Werkzeugbau, die Automobil- und Energieindustrie, die Luftfahrt sowie die Chemische Industrie. Das Unternehmen beschäftigt weltweit 550 Mitarbeiter. Ein wichtiges Produkt der Wolframchemie ist Ammoniummetawolframat (AMW), welches u.a. als Vorstoff für Industriekatalysatoren verwendet wird. Bisher wurde dieser Stoff über ein energieintensives mehrstufiges Aufbereitungsverfahren produziert. Dabei wurden mehrere Verdampfer zum Wasserentzug bzw. zur Aufkonzentrierung der AMW-Lösung verwendet. Darüber hinaus musste die AMW-Lösung mehrmals im Kreis gefahren werden, um die gewünschte Konzentration zu erreichen. Die Umkehrosmosetechnologie wurde nach dem bisherigen Stand der Technik vorrangig im Bereich der Trinkwasseraufbereitung, der Behandlung von nitrathaltigen Abwässern in der chemischen Industrie sowie zur Meerwasserentsalzung eingesetzt. Ziel des Projektes war die energieeffiziente Herstellung von Ammoniummetawolframat (AMW) aus wolframhaltigen Schrotten durch den erstmaligen Einsatz der Hochdruckumkehrosmose zur Aufkonzentrierung von AMW. Dabei sollte der Verdampfungsprozess durch eine energieeffiziente Umkehrosmoseanlage mit Arbeitsdrücken von über 100 bar substituiert werden. Die Hauptinnovation des Projektes besteht darin, dass die Hochdruckumkehrosmose erstmalig nicht nur auf einfache anorganische Salze in wässriger Lösung angewendet wird, sondern auf Isopolyionen bildende Metallate, bei denen zum Teil sehr komplizierte Gleichgewichte zwischen verschiedenen Spezies bestehen, die durch möglicherweise auftretende selektive Ionenpermeabilitäten der Membran nicht gestört werden dürfen. Kern der Anlage sind zwei parallel geschaltete Druckrohre, von denen jedes mit maximal drei Membranwickelmodulen bestückt werden kann. Diese werden über eine Kreislaufpumpe von ihrer Stirnseite her mit mehreren Kubikmetern pro Stunde auf der Konzentratseite durchströmt. Diesem Kreislauf wird über eine vorgeschaltete Vordruckpumpe und eine Hochdruckpumpe Feedlösung geringerer Konzentration zugeführt. Die Membranen haben sich auch im Langzeitbetrieb als stabil erwiesen, was die wirtschaftliche Nutzung dieser Technologie erst ermöglicht. Im Vergleich zum herkömmlichen Verdampfungsverfahren konnte durch die Hochdruckumkehrosmose eine Energieeinsparung von über 97 Prozent erzielt werden. Bei einer jährlichen Produktionsmenge von 1.000 Tonnen AMW entspricht das einer Einsparung von 5600 Megawattstunden Energie und damit ca. 1.021 Tonnen CO 2 -Äquivalente bzw. ca. 1.023 Kilogramm CO 2 -Äquivalente pro Tonne AMW. Da die H.C. Starck Tungsten GmbH ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen bezieht, beträgt die CO 2 -Einsparung 100 Prozent. Zusätzlich zur Energieeinsparung wurde auch der Verbrauch an Natronlauge (50-prozentige NaOH) um ca. 39 Tonnen pro Jahr gesenkt. Die Emissionen an Neutralsalz (Na 2 SO 4 ) über das behandelte Abwasser konnten so um etwa 35 Tonnen pro Jahr reduziert werden. Das Vorhaben hat einen sehr guten Modellcharakter und ist prinzipiell auch auf andere Anwendungen zur Aufkonzentrierung von Metallaten oder auf andere komplizierte chemische Systeme übertragbar. Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: H.C. Starck Tungsten GmbH Bundesland: Niedersachsen Laufzeit: 2018 - 2020 Status: Abgeschlossen

Small Modular Reactors

Small Modular Reactors Our overview provides the most important information on small modular reactors, or SMRs for short: What can be expected from the new reactor concepts? What are the potential applications, which countries are at the forefront of development and what are the safety risks? Expert opinion on Small Modular Reactors Assembly of the core module of the SMR Linglong One in southern China's Hainan Province. © picture alliance / Xinhua News Agency | Liu Yiwei BASE has commissioned an expert report on SMRs, which analysed 136 different historical and current reactors and SMR concepts. The report provides a scientific assessment of possible areas of application as well as the associated safety issues and risks. The report was commissioned by BASE and written by the Öko-Institut Freiburg in collaboration with the Department of Economic and Infrastructure Policy at TU Berlin and the Physikerbüro Bremen. The full 2021 report can be downloaded here (in German). SMR (" small modular reactor") concepts date back to developments from the 1950s, in particular the attempt to utilise nuclear power as a propulsion technology for military submarines. There are a wide variety of concepts and developments for SMRs around the world today. The vast majority of these are at concept study level . BASE has commissioned an expert report on SMRs. The following conclusions can be drawn from it: The concepts covered by the term SMR range from "today's" low-power light water reactors to other concepts, for which there is little or no previous industrial experience (such as high temperature or molten salt reactor concepts). In addition to regular power supply, the areas of application under discussion relate, in particular, to decentralised power supply for industry and households as well as heat for district heating, seawater desalination, and industrial processes. Military applications such as mobile microreactors are also being pursued. To produce the same worldwide electrical output that is generated by new nuclear power plants today, the number of facilities would need to be increased by a factor of 3-1000. Instead of today's approximately 400 high-power reactors, this would mean the construction of many thousands to tens of thousands of SMR units. SMRs could potentially have safety advantages over large-capacity nuclear power plants, as they have a lower radioactive inventory per reactor, for example. However, the high number of reactors required to produce the same amount of electricity would increase the risk many times over. Contrary to the information provided by some manufacturers, it must be assumed that, as far as off-site emergency protection for SMRs is concerned, there is a possibility of contamination extending well beyond the plant site. Due to the low electrical output, the construction costs for SMRs are higher in relative terms than for large nuclear power plants. A production cost calculation taking into account effects of scale , mass and learning from the nuclear industry suggests that an average of three thousand SMRs would have to be produced for SMR production to become economically viable. The following questions and answers can be derived from the report: Definition: What is an SMR? Despite the long-standing use of the term SMR , there is still no internationally standardised definition for it. An IAEA definition describes SMRs as a group of small power reactors which, compared to today's nuclear power plants, have a lower output ranging from less than (up to) 10 MWe (microreactors) up to a typical output of 300 MWe. Conventional reactors, however, have an output of over 1000 MWe. The functionality of this reactor group is very diverse: in a number of concepts, it corresponds to the functionality of today's light water reactors. These types of SMR are, therefore, subject to lower development risks, and the developers can draw on operating experience. Other types of SMRs are based on novel concepts with little or no previous industrial experience. The latter can be categorised as high-temperature reactors, reactors with a fast neutron spectrum or molten salt reactors. Areas of application: Which countries are developing SMRs? The current development of SMRs is largely state-funded and is taking place to a large extent in the USA , Canada and the United Kingdom. Provided the right conditions are met, SMRs can not only be built in those countries, but also be sold to others. Industrial and geopolitical motives as well as military interests play a role in the field of SMRs. The majority of countries pursuing SMR development activities maintain nuclear weapons programmes and build nuclear submarines and/or already have a large "civilian" nuclear programme. In addition to regular power supply, decentralised power supply for industry and households as well as heat for district heating, seawater desalination and industrial processes are mentioned; concepts for military use, such as mobile microreactors, are also being pursued. In Russia, floating nuclear power plants (Akademik Lomonossow, KLT-40S) are being used to supply remote regions. In addition to traditional nuclear energy countries, there is growing interest in SMRs from countries with a lack of expertise and infrastructure in nuclear technology, such as Saudi Arabia and Jordan. Measures against climate change: Can SMRs make a contribution? If SMRs are also suggested as a solution in the context of combating climate change and the associated reduction in greenhouse gas emissions for global electricity supply, the electricity production they achieve is relevant. Today's new nuclear power plants have electrical outputs in the range of 1,000-1,600 MWe. The SMR concepts considered in the report commissioned by BASE (see info box on this page), however, envisage planned electrical outputs of 1.5-300 MWe. This means that a 3-1000 times larger number of units would be required to provide the same electrical output. Instead of today's 400 reactors with high output, this would mean the construction of several thousand to ten thousand SMR units. This goal is a long way off. In addition, the planning process largely neglects various risks associated with multiplying the number of plants, in particular issues relating to transport, dismantling and interim and final storage. Profitability: Would SMR production be worthwhile? SMRs promise shorter production times and lower production costs thanks to their modularity. Individual components or even the entire SMR should be (mass) produced industrially and transported to the selected locations for installation as required. Similar to a modular system, a single reactor with a low output or a larger plant consisting of several small reactor modules can be constructed from the components (modules) at the site in a short time. Due to the low electrical output, the specific construction costs are higher than for large nuclear power plants, as there are no more scale effects. The report commissioned by BASE (see info box in the upper half of this page) calculates production costs taking into account scale , mass and learning effects from the nuclear industry: according to this report, an average of three thousand SMRs would have to be built for SMR production to become viable. It is therefore unlikely that the structural cost disadvantage of low-capacity reactors can be compensated for by learning or mass effects. As with large-capacity nuclear power plants, the provision of SMRs is predominantly state-run or secured by demand (end customers, military). Although spin-offs are also developing from state-funded, large- scale research institutions, and there are also newly founded start-ups, their business models are still based on long-term state funding. It is, therefore, not conceivable that SMR concepts will be able to develop organisational models other than those that have been used in the field of nuclear technology for around 70 years. Another key reason for the development of SMR concepts is the expectation of shorter time horizons, in particular shorter construction times, and possibly also less complicated dismantling. Looking at plants currently under construction or in operation, this assumption does not appear to be empirically substantiated: planning, development and construction times generally exceed the original time horizons many times over. Experience with historical SMRs indicates that the operating times of non-water-cooled SMR projects are short, and that dismantling them is a lengthy process. Regulatory requirements: How high is the safety risk for SMRs? Special application scenarios such as modularity, new manufacturing processes, materials and technological solutions for safety functions often require new regulatory approaches. The planned global spread of SMRs will, therefore, raise entirely new questions for the responsible licensing and supervisory authorities. To date, there are no SMR -specific national or international safety standards. As many SMR developers are aiming for worldwide use of their SMR concepts, an international standardisation of the requirements would become necessary. This is currently not conceivable, especially for established nuclear energy countries. On the whole, SMRs could potentially achieve safety-related advantages over high-capacity nuclear power plants, as they have a lower radioactive inventory per reactor and strive for a higher level of safety through deliberate simplification and increased use of passive systems. Due to their smaller size, developers promise a lower safety risk for the reactors. However, the high number of reactors needed to provide significant amounts of electrical power as well as their planned global utilisation will increase the risk many times over. Many SMR concepts also aim to minimise safety requirements, for example with regard to the diversity of safety systems. Some SMR concepts even call for the abandonment of current requirements, for example in the area of plant-internal emergency protection. Others completely forego external emergency response planning. These safety concepts, which are also pursued for the sake of cost efficiency, will also increase the risks. Access to nuclear weapons-grade material: Do SMRs increase the risk? Various non-water-cooled SMR concepts envisage the use of higher uranium enrichments or the utilisation of plutonium fuel and reprocessing technology. This has a negative impact on proliferation resistance - i.e. the need to prevent access to or the technology to produce nuclear weapons-grade material. Another, often-cited key difference between SMR concepts and today's power reactors is the use of systems that have a long service life and would be delivered as a closed system. Sealing them could simplify monitoring and minimise transports. Furthermore, due to the high burn-up, the fissile material will also become unattractive after some time. Yet, the high quantity of fissile material required at the start of reactor operation will have a disadvantageous effect. An additional aspect concerns the possibilities of fissile material monitoring by the International Atomic Energy Agency. Many of the standard methods for fissile material monitoring are not directly suited to the special features of SMR concepts, and this would pose new challenges. Definition: What is an SMR? Despite the long-standing use of the term SMR , there is still no internationally standardised definition for it. An IAEA definition describes SMRs as a group of small power reactors which, compared to today's nuclear power plants, have a lower output ranging from less than (up to) 10 MWe (microreactors) up to a typical output of 300 MWe. Conventional reactors, however, have an output of over 1000 MWe. The functionality of this reactor group is very diverse: in a number of concepts, it corresponds to the functionality of today's light water reactors. These types of SMR are, therefore, subject to lower development risks, and the developers can draw on operating experience. Other types of SMRs are based on novel concepts with little or no previous industrial experience. The latter can be categorised as high-temperature reactors, reactors with a fast neutron spectrum or molten salt reactors. Areas of application: Which countries are developing SMRs? The current development of SMRs is largely state-funded and is taking place to a large extent in the USA , Canada and the United Kingdom. Provided the right conditions are met, SMRs can not only be built in those countries, but also be sold to others. Industrial and geopolitical motives as well as military interests play a role in the field of SMRs. The majority of countries pursuing SMR development activities maintain nuclear weapons programmes and build nuclear submarines and/or already have a large "civilian" nuclear programme. In addition to regular power supply, decentralised power supply for industry and households as well as heat for district heating, seawater desalination and industrial processes are mentioned; concepts for military use, such as mobile microreactors, are also being pursued. In Russia, floating nuclear power plants (Akademik Lomonossow, KLT-40S) are being used to supply remote regions. In addition to traditional nuclear energy countries, there is growing interest in SMRs from countries with a lack of expertise and infrastructure in nuclear technology, such as Saudi Arabia and Jordan. Measures against climate change: Can SMRs make a contribution? If SMRs are also suggested as a solution in the context of combating climate change and the associated reduction in greenhouse gas emissions for global electricity supply, the electricity production they achieve is relevant. Today's new nuclear power plants have electrical outputs in the range of 1,000-1,600 MWe. The SMR concepts considered in the report commissioned by BASE (see info box on this page), however, envisage planned electrical outputs of 1.5-300 MWe. This means that a 3-1000 times larger number of units would be required to provide the same electrical output. Instead of today's 400 reactors with high output, this would mean the construction of several thousand to ten thousand SMR units. This goal is a long way off. In addition, the planning process largely neglects various risks associated with multiplying the number of plants, in particular issues relating to transport, dismantling and interim and final storage. Profitability: Would SMR production be worthwhile? SMRs promise shorter production times and lower production costs thanks to their modularity. Individual components or even the entire SMR should be (mass) produced industrially and transported to the selected locations for installation as required. Similar to a modular system, a single reactor with a low output or a larger plant consisting of several small reactor modules can be constructed from the components (modules) at the site in a short time. Due to the low electrical output, the specific construction costs are higher than for large nuclear power plants, as there are no more scale effects. The report commissioned by BASE (see info box in the upper half of this page) calculates production costs taking into account scale , mass and learning effects from the nuclear industry: according to this report, an average of three thousand SMRs would have to be built for SMR production to become viable. It is therefore unlikely that the structural cost disadvantage of low-capacity reactors can be compensated for by learning or mass effects. As with large-capacity nuclear power plants, the provision of SMRs is predominantly state-run or secured by demand (end customers, military). Although spin-offs are also developing from state-funded, large- scale research institutions, and there are also newly founded start-ups, their business models are still based on long-term state funding. It is, therefore, not conceivable that SMR concepts will be able to develop organisational models other than those that have been used in the field of nuclear technology for around 70 years. Another key reason for the development of SMR concepts is the expectation of shorter time horizons, in particular shorter construction times, and possibly also less complicated dismantling. Looking at plants currently under construction or in operation, this assumption does not appear to be empirically substantiated: planning, development and construction times generally exceed the original time horizons many times over. Experience with historical SMRs indicates that the operating times of non-water-cooled SMR projects are short, and that dismantling them is a lengthy process. Regulatory requirements: How high is the safety risk for SMRs? Special application scenarios such as modularity, new manufacturing processes, materials and technological solutions for safety functions often require new regulatory approaches. The planned global spread of SMRs will, therefore, raise entirely new questions for the responsible licensing and supervisory authorities. To date, there are no SMR -specific national or international safety standards. As many SMR developers are aiming for worldwide use of their SMR concepts, an international standardisation of the requirements would become necessary. This is currently not conceivable, especially for established nuclear energy countries. On the whole, SMRs could potentially achieve safety-related advantages over high-capacity nuclear power plants, as they have a lower radioactive inventory per reactor and strive for a higher level of safety through deliberate simplification and increased use of passive systems. Due to their smaller size, developers promise a lower safety risk for the reactors. However, the high number of reactors needed to provide significant amounts of electrical power as well as their planned global utilisation will increase the risk many times over. Many SMR concepts also aim to minimise safety requirements, for example with regard to the diversity of safety systems. Some SMR concepts even call for the abandonment of current requirements, for example in the area of plant-internal emergency protection. Others completely forego external emergency response planning. These safety concepts, which are also pursued for the sake of cost efficiency, will also increase the risks. Access to nuclear weapons-grade material: Do SMRs increase the risk? Various non-water-cooled SMR concepts envisage the use of higher uranium enrichments or the utilisation of plutonium fuel and reprocessing technology. This has a negative impact on proliferation resistance - i.e. the need to prevent access to or the technology to produce nuclear weapons-grade material. Another, often-cited key difference between SMR concepts and today's power reactors is the use of systems that have a long service life and would be delivered as a closed system. Sealing them could simplify monitoring and minimise transports. Furthermore, due to the high burn-up, the fissile material will also become unattractive after some time. Yet, the high quantity of fissile material required at the start of reactor operation will have a disadvantageous effect. An additional aspect concerns the possibilities of fissile material monitoring by the International Atomic Energy Agency. Many of the standard methods for fissile material monitoring are not directly suited to the special features of SMR concepts, and this would pose new challenges. Expert report for download (in German) Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung einer Anwendung von SMR-Konzepten (Small Modular Reactors) Download (PDF, 3MB, File meet accessibility standards) Brief information on Small Modular Reactors Small Modular Reactors – What to expect from the new reactor concepts? Download (PDF, 146KB, File meet accessibility standards)

Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projektes ist es ganzheitliche Ansätze zu entwickeln, um die Ausbeuteraten von Brackwasserentsalzungsanlagen in Kombination mit landwirtschaftlichen Drainagewässern deutlich zu erhöhen (bis ca. 85%) und dieses am Beispiel von einer Hydroponik und der Bewässerung einer Safrankultur zu demonstrieren. Im Mittelpunkt der technologischen Entwicklung seht eine chemikalienfreie, auf Elektrodialyse-Metathesis basierende Vorbehandlung, sowie eine Closed Loop Reveres Osmosis. Die Verfahrenskombination erlaubt einen sehr flexiblen Betrieb, bei dem sich die Anlage eigenständig auf komplexe und schwankenden Rohwasserzusammensetzungen einstellen und sehr hohe Ausbeuteraten liefern kann. Die Anlage soll energieeffizient und energieautark mittels Photovoltaik betrieben werden. Technologien für die Konzentrataufbereitung werden evaluiert und Curricula sowie Trainingskurse entwickelt. Eine ganzheitliche sozioökonomische Bewertung wird die Arbeiten durch das Projekt hindurch mittels multikriterieller Analysen begleiten.

Gemeinsame Untersuchungen mit der Arya-Mehr-Universitaet in Teheran/Iran zur Weiterentwicklung und Erprobung von Werkstoffen und Halbzeugen fuer Meerwasserentsalzungsanlagen im Iran

Das Projekt "Gemeinsame Untersuchungen mit der Arya-Mehr-Universitaet in Teheran/Iran zur Weiterentwicklung und Erprobung von Werkstoffen und Halbzeugen fuer Meerwasserentsalzungsanlagen im Iran" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Metallgesellschaft AG durchgeführt. Die Industrialisierung im IRAN sowie umfassende Bewaesserungsplaene setzen eine gesicherte Brauch- und Trinkwasserversorgung voraus, die zum grossen Teil durch Meerwasserentsalzung erreicht werden soll. Fuer den Betrieb und auch zukuenftigen Eigenbau von Entsalzungsanlagen werden an der ARYA-MEHR-Universitaet, Teheran (AMUT) Ingenieure ausgebildet. Da bei destillativen Entsalzungsanlagen ca. 40 v.H. der Investitionskosten auf Waermetauscher-Rohre etc. entfallen, kommt der Anwendung des Standes der Technik sowie der Beurteilung von Neuentwicklungen bei Werkstoffen und Halbzeugen grosse Bedeutung zu. Im Rahmen des Zusammenarbeitsvertrages Bundesrepublik Deutschland - Iran (ueber GKSS) sollten daher gemeinsame Untersuchungen zur Erprobung und Weiterentwicklung von Werkstoffen und Halbzeugen durchgefuehrt werden.

Teilvorhaben: Konzipierung sowie Modellierung der Prozesse und Entwicklung des Simulationsprogramms

Das Projekt "Teilvorhaben: Konzipierung sowie Modellierung der Prozesse und Entwicklung des Simulationsprogramms" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von kernenergien - the solar power company durchgeführt. Das technische Ziel dieses Vorhabens ist es, auf der Basis anwendungsreif entwickelter Komponenten, optimale Kraftwerkskonfigurationen zu entwickeln und mit geeigneten Technologien der Meerwasserentsalzung in Kraft-Wärme-Kopplung zu kombinieren. Abschließend soll dies in einem ersten Pilotprojekt realisiert werden und die Ergebnisse der bisherigen technologischen Forschung, um die Entwicklung in realistischer und realisierbarer Größenordnung zu demonstrieren. Grundlage der Arbeitsplanung ist das vordringlichen Ziel, die Pilotanlage in Jordanien bis Mitte 2006 ausschreibungsreif zu planen und Anfang 2007 mit dem Bau zu beginnen. Dementsprechend sind die einzelnen Arbeitspakete mit besonderem Bedarf an Forschung und Entwicklung vorangestellt und terminiert. Um den Informationsaustausch zwischen den Projektpartnern zu sichern, sind regelmäßige Meetings geplant, wobei bei Bedarf auch zusätzliche bilaterale Treffen zwischen einzelnen Partnern vorgesehen sind. Am Projektende wird ein öffentlich zugänglicher sowie ein nichtöffentlicher Gesamtbericht verfasst, in dem die Ergebnisse ausführlich dargestellt werden. Weiterhin sind Veröffentlichungen und Vorträge bei Konferenzen vorgesehen.

Struvitfällung: Abtrennung von Struvit aus Abwasser durch den Einsatz von kostengünstigem Magnesium aus der Meerwasserentsalzung: Optimierung und Modellierung der Struvitfällung (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)

Das Projekt "Struvitfällung: Abtrennung von Struvit aus Abwasser durch den Einsatz von kostengünstigem Magnesium aus der Meerwasserentsalzung: Optimierung und Modellierung der Struvitfällung (Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft V-9 durchgeführt. Ziel ist die Rückgewinnung von Phosphor aus Abwasser durch Fällung von Struvit unter Einsatz von Retentat der Trinkwasserentsalzung als Magnesiumquelle. Dieses enthält Komplexbildner (Antiscalants) zur Verhinderung von Ausfällungen auf der Membran von Entsalzungsanlagen. Der Einfluss von Antiscalants auf die Struvitfällung wird untersucht (Kristallform und Größe, Oberflächeneigenschaften). Weiteres Ziel ist die Kennzeichnung von Qualitätseigenschaften des Struvits in Abhängigkeit vom pH und der Inkorporation von Kalium, organischer Substanz sowie Schwermetallionen. Schließlich wird ein kinetisches Modell der Struvitbildung und Einbezug von Nebenprodukten entwickelt, welche die Nutzbarkeit des gefällten Phosphors einschränken können. Der Einfluss von Antiscalants auf die Komplexierung von Calcium und Magnesium wird durch komplexometrische Titration erfasst, die Kristallgrößenverteilung durch Laserbeugung, die Kristallstruktur mit Röntgendiffraktometrie, und die Oberflächeneigenschaften durch Bestimmung des Zetapotentials. Das Fällungsergebnis wird durch Variation des pH optimiert, wobei die Zusammensetzung des Produkts auf die Einlagerung von organischen Komponenten, Kalium und Schwermetallen untersucht wird. Ein erweitertes kinetisches Modell soll nicht nur die Bildung von Struvit, sondern auch die Fällung unerwünschter Nebenprodukte mit abbilden. Das Modell wird durch Abgleich mit experimentellen Befunden optimiert.

Teilprojekt 2: Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation

Das Projekt "Teilprojekt 2: Deutsch-Israelische Wassertechnologie-Kooperation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Bielefelder Institut für Nanowissenschaften - Physik supramolekularer Systeme und Oberflächen durchgeführt. Ziel dieses Projekts ist es eine energieeffiziente Aufreinigung von Brackwasser und Abwasser unter Verwendung von Carbon-Nanomembran-Multischicht-Elektroden zu entwickeln, um die zunehmenden Vorschriften über den zulässigen Höchstgehalt an vollständig gelöstem (Filtrattrockenrückstand, TDS) und suspendiertem Feststoff im Trinkwasser zu erfüllen. Hierfür wird ein Verfahren zur Aufreinigung von Brackwasser und Abwasser mittels ultradünner (0,5 -3 nm), mechanisch stabiler, großflächiger Carbon-Nanomembranen (CNMs) mit kontrollierter Porengröße und Oberflächenladung entwickelt, um vollständig gelösten und suspendierten Feststoff zu entfernen. In diesem Projekt werden Multischichten aus CNMs mit und ohne Oberflächenfunktionalisierung als Elektroden maßgeschneidert, die die deutschen Partner (MPI Mainz; Universität Bielefeld, CNM Technologies GmbH) zur Verfügung stellen werden. Diese CNMs werden dann vom israelischen Partner (Bar-Ilan University, Ramat-Gan) für die kapazitive Deionisierung (CDI) verwendet, um die Effizienz der Wasseraufreinigungstechnologie zu maximieren. Zusätzlich wird ein einstufiges Niederenergie-Hybrid-Verfahren entwickelt, in dem CDI und Filtration gleichzeitig verwendet werden. Die Universität Bielefeld und CNM Technologies werden CNMs für die Wasseraufbereitung entwickeln. Dazu gehören die Herstellung von Monoschichten mit den vom MPIP hergestellten Präkursormolekülen, strahlungsinduzierte Vernetzung, Transfer auf Trägerstrukturen sowie Charakterisierung (XPS, UPS, STM, SEM, HIM) von Monolagen und CNMs. Multischichten von CNMs werden bereitgestellt. Ladungen in CNMs werden entweder mit geeigneten Präkursormolekülen (bereitgestellt vom MPIP), Herstellung von Monolagen aus diesen Präkursormolekülen und strahlungsinduzierter Vernetzung oder durch Funktionalisierung von neutralen CNMs realisiert. CNMs mit Ladungen werden mit XPS, STM und anderen Oberflächenanalysetechniken sowie Wasserpermeationsmessungen analysiert.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karl Spiegl GmbH & Co. KG durchgeführt. Durch ein Modulares Konzept soll mit Hilfe von kapazitiver Entsalzung (CDI) und einer Umkehrosmose (RO) Meerwasser energieeffizient entsalzt werden. Hierbei wird die Firma Spiegl technische Unterstützung bei der Kombination der CDI Anlage und der RO bieten, wobei der Schwerpunkt auf der RO liegt. Das Modul der Umkehrosmose wird von der Firma Spiegl entsprechend den Anforderungen der CDI entwickelt und gebaut, sowie zur Verfügung gestellt. Nach Abschluss des Projekts werden wir die RO in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern in ein gemeinsames System integrieren, zur Marktreife bringen und wirtschaftlich verwerten. 1. Technische Unterstützung bei der Kombination von CDI und Umkehrosmose. 2. Analyse der Ergebnisse in Bezug auf Aufgabe des RO Systems. 3. Optimierung der Verfahrensparameter bei der Kombination von CDI und RO. 4. Entwicklung der Umkehrosmose (RO), diese wird den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. 5. Technische Beratung während der Projektlaufzeit. 5. Entwicklung des Systems zur Marktreife. 6. Wirtschaftliche Verwertung des Systems.

ULA - Ultra Leicht Absorber

Das Projekt "ULA - Ultra Leicht Absorber" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von airwasol GmbH & Co. KG durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Für eine umweltfreundliche und Zukunft sichere Energieversorgung können Solarluftkollektoren eingesetzt werden, welche eine effiziente Erzeugung von z.B. industrieller Prozesswärme zur Regenerierung von Sorptionsspeichern, die Trocknung von z.B. Industriebauteilen, Lacken, Agrarprodukten, Lebensmitteln oder Gärresten, die Beheizung von Industriehallen oder die Meerwasserentsalzung ermöglichen. Zurzeit werden hauptsächlich Flach-Solarluftkollektor eingesetzt, welche aufgrund ihres geringen thermischen Wirkungsgrades bei hohen Betriebstemperaturen größer als 100 Grad C oder bei sehr niedrigen Außentemperaturen mit geringer Sonneneinstrahlung keine oder nicht effiziente Energieversorgung dafür ermöglichen. Solarluftkollektoren mit Vakuumröhren können aufgrund ihres deutlich besseren thermischen Leistungsverhaltens hierfür eingesetzt werden. Die bis jetzt auf dem Markt verfügbaren Vakuumröhren-Solarluftkollektoren sind mit einseitig geschlossenen Vakuumröhren von Wasserkollektoren aufgebaut. Dadurch muss die Luft durch kleine Querschnitte und aufwendige interne Luftführungen geführt werden. Das dadurch entstehende Problem mit hohen Druckverlusten macht eine komplette Neukonstruktion bzw. -entwicklung notwendig. Auch soll eine gleichmäßigere Durchströmung der Röhren erreicht werden, damit ein idealer Wärmeübertrag zwischen Absorber und Luft stattfindet. Zielsetzung des Projektes ist diese Neuentwicklung einschließlich Produktionstechnik mit folgenden technischen Herausforderungen und Arbeitsschritten. Fazit: Alle Projektziele wurden erfolgreich erreicht. Durch die gute Projektzusammenarbeit zwischen den Projektpartnerkonnten neue sehr innovative Ideen schnell und effizient verwirklicht werden. Die ersten Kurzzeittests zeigen, dass schon die Prototypen, einzeln betrachtet, einen stabilen und effizienten Einsatz in Zukunft auch in anderen Produkten ermöglichen können.

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