Die Effizienz von Industriemotoren mit Abgasnachbehandlungssystem soll durch die Entwicklung eines hocheffizienten SCR-Systems mit Partikelfiltration und gasförmiger Ammoniakbereitstellung (?Verminderung motorischer Wärmemaßnahmen) gesteigert werden. Dazu soll interdisziplinär ein Gesamtsystem erforscht, entwickelt und mittels Demonstrator aufgebaut und validiert werden. Das F&E Projekt hat zum Ziel, dem Trend zur maximalen Effizienz von Motorkonzepten mit niedriger CO2-Emission mit geeigneten Abgasnachbehandlungssystemen zu begegnen. Eine Kraftstoffeinsparung von ca. 5 % soll mit dem zu erforschenden System erreicht werden. Als attraktiver Lösungsweg hat sich, aufbauend auf der bestehenden AdBlue-Technologie, die Erforschung und Entwicklung eines innovativen SCR-Systems mit Partikelfiltration herausgestellt. Hierbei wird die HWL in einer zu entwickelnden, technischen Einrichtung in Ammoniak umgewandelt, das gasförmig dem Abgasstrom zugegeben wird. Gegenüber dem Stand der Technik können die etablierten Projektpartner so eine Verwertung der Ergebnisse und Entwicklungen des BlueExSys-Konzeptes am Markt durchführen und damit aktiv einen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz von Fahrzeugantrieben und zur Reduzierung der entsprechenden Emissionen leisten. Durch eine deutliche Effizienzsteigerung des ANB-Systems, insbesondere im Tieftemperatur-/Niedriglastbereich, reduziert sich die Notwendigkeit motorischer Wärme- und Aufheizmaßnahmen zur Erzeugung von Abgastemperaturen, in denen das ABN-System mit der geforderten (Entstickungs-)Effizienz arbeiten kann, bzw. entfällt ganz. Der motorische Wirkungsgrad kann vollständig(er) für die eigentliche Kernaufgabe des Motors - den Antrieb - genutzt werden. Einsparungen im Kraftstoffverbrauch und somit Verminderungen der CO2-Emission sind die Folge. Durch eine zeitlichen verlängerte Bereitstellung des Reduktionsmittels sowie eine sofortige Verfügbarkeit von verwertbarem Reduktionsmittel ab dem Zeitpunkt der Dosierung wird sich ein NOx-Konvertierungsgrad von 97 % künftig darstellen lassen können. Des weiteren kann es in der Abgasanlage nicht mehr zur Kristallisation von Harnstoff und Harnstoff-Folgeprodukten kommen, da das dosierte Ammoniak gasförmig ist. Einer Verblockung des Abgassystems durch Ablagerungen kann damit vorgebeugt werden und bisherige Vorhaltemaßnahmen wie z.B. die Gegendrucküberwachung der SCR-Mischstrecke werden überflüssig. Insbesondere in Schwachlastzyklen, in denen die Abgastemperatur um die Dosierschwelle pendelt, wird dadurch eine erheblich größere Systemrobustheit und Betriebssicherheit erreicht.
Mit den Abgasen von Holzheizungen werden beträchtliche Mengen an Russpartikeln an die Umwelt abgegeben. Diese Russpartikel sind sowohl für die menschliche Gesundheit als auch für die Umwelt (Klimaschutz) schädlich. Die Russpartikelemissionen aus Holzfeuerungen sind mittlerweile in ihrem Ausmass ein gleichwertiges Problem wie die Dieselabgase von Fahrzeugen. Die Einhaltung der Grenzwerte ist nur unter grossem Aufwand mit teuren technischen Einrichtungen möglich. Nachdem die grundsätzliche Machbarkeit der Partikelabscheidung bei Holzfeuerungen im Projekt der Umwelttechnologieförderung UTF 0041.15.00 erfolgreich erprobt wurde, hat die EMPA vorgeschlagen, eine kostengünstige Systementwicklung für den Bereich der automatischen kleinen Holzfeuerungen zu machen. In der Schweiz sind ca. 3700 solcher Anlagen (Grössenklasse 50-300 kW) in Betrieb und es kommen jährlich ca. 200 neue dazu. Projektziele: Entwicklung eines funktionstüchtigen Modells eines Partikelabscheidesystems, das zu einem günstigen Preis sowohl für die Nachrüstung in bestehende automatische Holzfeuerungen wie auch für den Einbau in neue Anlagen (bis 300 kW) geeignet ist.
Thema: Der Umbau des Energiesystems darf nicht zu einer Verschlechterung des Umweltzustands an anderer Stelle führen. Zur Minderung von Feinstaubemissionen aus der Verbrennung biogener Festbrennstoffe kommen elektrostatische und katalytische Nachbehandlungssysteme verstärkt zum Einsatz. Wissenschaftlich unklar sind ihre Auswirkungen auf das toxikologische Potenzial der verbleibenden Partikel. Mögliche Gefahren liegen in einer drastischen Verkleinerung der durchschnittlichen Partikelgröße, der Bildung hochtoxischer Sekundäraerosole durch den Abscheidemechanismus oder die Erhöhung der biologischen Verfügbarkeit von potenziell gesundheitsgefährdenden Feinstaubkomponenten. Mögliche Testsysteme sollen ausgewählt und auf die Aufgabenstellung übertragen werden. Die Testsysteme und die Abscheider sollen auf eine optimale Sensitivität und minimale Toxizität der gereinigten Abgase weiterentwickelt werden. Maßnahmen: Auf Basis von Verbrennungsversuchen von biogenen Festbrennstoffen mit modernen Feuerungen am DBFZ sollen vor und nach den Abscheidern von Karl Schräder Nachf. und anderen Abgasnachbehandlungen Proben generiert werden, die von der TUHH und den Dr. U. Noack-Laboratorien mit ausgewählten toxikologischen mikrobiologischen Testsystemen bewertet werden. Die Testsysteme werden anhand wässriger Lösungen aus einem neu entwickelten Particle-Into-Liquid-Sampler angepasst, optimiert und validiert. Die Optimierung der Abscheider und ein Ringversuch bilden den Abschluss.
1.Vorhabenziel Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Demonstration eines elektrostatischen Feinstpartikelabscheiders, der optimal an Biomassekessel angepasst ist und mit hohen Abscheidegraden die Staubemissionsgrenzwerte der 2.Stufe der 1.BImSchV sicher unterschreitet. Dieser adaptierte Abscheider wird einen stabilen, wartungsarmen Langzeitbetrieb, eine geringe elektrische Leistungsaufnahme, niedrigen Druckverlust und eine kostengünstige Herstellung aufweisen. Im Vorhaben wird der als Einzelgerät entwickelte Carola Abscheider an einem modernen, holzbefeuerten Heizkessel adaptiert. Hierzu wird nach Auslegungsversuchen an einem industriellen Teststand in enger Abstimmung mit dem Kesselhersteller und Anlagenbauer die Vor- und Detailplanung des Abscheiders durchgeführt. Der Abscheider wird an den vom Kesselbauer zur Verfügung gestellten Heizkessel adaptiert und im Dauerbetrieb am teststand bezüglich der Abscheidegrade und der Stabilität charakterisiert. Beim Bau einer Kleinserie werden die Fertigungsverfahren und - kosten optimiert. Zum Abschluss des Projekts wird der Abscheider in einem Feldtest unter typischen Betriebsbedingungen getestet. Hierbei werden neben der Aufzeichnung der Betriebsparameter umfangreiche Messungen der Partikelemission durchgeführt.
Dieses Projekt verfolgt das Ziel neue, optimierte Partikelsysteme für die additive Fertigung in der Flüssigphase zu erzeugen. Für die Herstellung der Ausgangsstoffe werden zwei alternative Prozessrouten untersucht. Über die Nassmahlung sowie die Schmelzemulgierung mit jeweils integrierter Oberflächenfunktionalisierung werden Partikelsysteme zwischen etwa 2 und 50 Mykrometer mit optimalen Fließ- und Packungseigenschaften hergestellt und damit die Voraussetzungen geschaffen, die verarbeitbaren Partikelgrößen in der additiven Fertigung deutlich abzusenken. Im ersten Projektteil werden Polymermaterialien unterhalb ihrer Glastemperatur in einer Rührwerkskugelmühle zerkleinert. Die Verwendung von Alkoholen erlaubt ein Kaltmahlen im Temperaturbereich bis herunter zu minus 80 Grad C. Beim Schmelzemulgierverfahren wird der Polymerausgangsstoff in einem flüssigen Medium, in dem er schlecht löslich ist, geschmolzen. Die Schmelze wird infolge hoher Scher- und Dehnbeanspruchung unter Zusatz entsprechender Hilfsstoffe zur Tropfenstabilisierung emulgiert. Nach Abkühlung der Emulsion, Erstarren des Polymers und Abtrennung der flüssigen Phase stehen pulverförmige Ausgangswerkstoffe zur Verfügung. Besonderer Vorteil der Schmelzemulgierung ist es, dass sphärische Partikeln hergestellt werden können. Die erzeugten Partikelgrößenverteilungen hängen in beiden Herstellungsverfahren von der Beanspruchungsintensität und von der Verweilzeitverteilung des Produktes ab. In beiden Fällen geht es darum optimal auf die additive Fertigung hin zugeschnittene Partikelgrößenverteilungen zu erzeugen. Erfolgt die Stabilisierung und Oberflächenfunktionalisierung über Nanopartikel, die an der Oberfläche der festen oder flüssigen Polymerpartikel angelagert werden, können zusätzlich die Haftkräfte durch Steuerung der Oberflächenrauheit maßgeblich reduziert werden und damit optimale Fließeigenschaften eingestellt werden. Beide Prozesse werden im Hinblick auf die nötige massespezifische Zerkleinerungsenergie, um die bestimmte Produktpartikelgrößenverteilung zu erhalten, optimiert.
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Demonstration eines elektrostatischen Feinstpartikelabscheiders, der optimal an Biomassekessel angepasst ist und mit hohen Abscheidegraden die Staubemissionsgrenzwerte der 2.Stufe der 1.BImSchV sicher unterschreitet. Dieser adaptierte Abscheider wird einen stabilen, wartungsarmen Langzeitbetrieb, eine geringe elektrische Leistungsaufnahme, niedrigen Druckverlust und eine kostengünstige Herstellung aufweisen. Im Vorhaben wird der als Einzelgerät entwickelte Carola Abscheider an einem modernen, holzbefeuerten Heizkessel adaptiert. Hierzu wird nach Auslegungsversuchen an einem industriellen Teststand in enger Abstimmung mit dem Kesselhersteller und Anlagenbauer die Vor- und Detailplanung des Abscheiders durchgeführt. Der Abscheider wird an den vom Kesselbauer zur Verfügung gestellten Heizkessel adaptiert und im Dauerbetrieb am teststand bezüglich der Abscheidegrade und der Stabilität charakterisiert. Beim Bau einer Kleinserie werden die Fertigungsverfahren und - kosten optimiert. Zum Abschluss des Projekts wird der Abscheider in einem Feldtest unter typischen Betriebsbedingungen getestet. Hierbei werden neben der Aufzeichnung der Betriebsparameter umfangreiche Messungen der Partikelemission durchgeführt.
Das vorgeschlagene Vorhaben leistet einen Beitrag zur Umsetzung des Energiekonzepts der Bundesregierung, in dem es eine kosteneffiziente Technologie entwickelt, die eine Steigerung des Anteils der erneuerbaren Energien und er Senkung der Treibhausgase durch verstärkte thermische Biomassenutzung ermöglicht. Im Rahmen des Vorhabens ist die Demonstration eines optimal an einen holzgefeuerten Heizkessel angepassten Partikelabscheiders geplant, der als zukunftsweisende und wettbewerbsfähige Technologie einen Wettbewerbsvorteil beim Export, in Länder die thermische Biomassenutzung betreiben, darstellt. Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Demonstration eines elektrostatischen Feinstpartikelabscheiders, der optimal an Biomassekessel angepasst wird und die Staubemissionsgrenzwerte der 2.Stufe der 1.BImSchV sicher unterschreitet. Der nach dem Carola-Verfahren des KIT zu entwickelnde Elektroabscheider zeichnet sich durch hohe Abscheidegrade aus. Ziel ist eine geringe elektrische Leistungsaufnahme, niedriger Druckverlust und hohe Betriebssicherheit sowie geringe Herstellkosten. AP:1 Vorversuche und Detailplanung des Carola-Abscheider; AP2: Adaption des Abscheiders an den Biomassekessel; AP3: Langzeittest und Optimierung des Abscheiders; AP4: Bau einer Kleinserie des Abscheiders; AP5: Feldtests des Abscheiders; AP6: Wissenschaftliche Begleituntersuchungen; AP7:Projektmanagement/Berichtswesen.
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| Bund | 29 |
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| Förderprogramm | 29 |
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