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Synthese von biobasierten Acrylnitril als Monomer für Carbonfasern auf Multipurpose-Demonstrationsanlagen, Teilvorhaben: LCA von biobasierten Acrylnitril

Entwicklung eines energieeffizienten Depolymerisationsverfahrens für polyolefinhaltige Kunststoffabfälle mit Hilfe von Katalysatoren zur direkten Herstellung von Polymeren für Kunststoffneuware, Teilvorhaben 6: Standortspezifische Technologieintegration

Die Bahn kühlt mit natürlichem Kältemittel

<p>Brennbare natürliche Kältemittel zur Bahnklimatisierung waren bisher ein Tabu für die Bahn. In einem Feldversuch konnte jetzt die Machbarkeit eines solchen Konzeptes aufgezeigt werden. Ein Personenzug mit einer Propan-Klimaanlage verkehrte ein Jahr im Linienverkehr. Die Propan-Anlage ist energetisch mindestens genauso effizient wie die Anlage mit dem herkömmlichen fluorierten Kältemittel.</p><p>Erstmals weltweit wurde eine Klimaanlage mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan) für den Einsatz zur Klimatisierung von Zügen und im normalen Fahrgastbetrieb erprobt. Bisher wurden noch keine brennbaren Kältemittel in Zugklimaanlagen verwendet. Propan ist ein natürliches Kältemittel, es enthält kein Fluor oder andere Halogene. Das heißt, dass auch ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/p?tag=PFAS#alphabar">PFAS</a>⁠-Bildungspotential gleich Null ist.</p><p>Vor dem Projekt wurde das Propan-Klimamodul auf dem Prüfstand getestet und umfangreichen Sicherheitsuntersuchungen unterworfen.</p><p>Im Projekt wurde ein Propan-Anlagenmodul in einen Regionalzug der Baureihe 440 eingebaut. Parallel dazu wurde die übliche Klimaanlage mit dem fluorierten Kältemittel R134a (Tetrafluorethan) betrieben. Die Gerätearchitektur beider Anlagen war ähnlich. Die beiden Anlagen wurden über ein Jahr im Zug betrieben. In einem Messprogramm wurden ausgewählte Betriebsparameter erfasst und aufgezeichnet.</p><p>Die Auswertung zeigt, dass die Propan Klimaanlage im regulären Zugbetrieb mindestens so leistungsfähig und energetisch effizient ist wie die R134a-Anlage. Simulationsberechnungen bestätigen die energetische Eignung von Propan. Danach könnte auch eine Wärmepumpenintegration energetisch sinnvoll sein, was jedoch in der Praxis überprüft werden müsste.</p><p>Mittlerweile ist der ICE 3neo mit einer Propanklimaanlage ausgerüstet, was ohne Probleme verläuft, so dass weitere Züge folgen können.</p><p>Durch diese Erprobung steht mit Propan nun neben ⁠<a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/c?tag=CO2#alphabar">CO2</a>⁠ und Luft ein drittes natürliches Kältemittel für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen zur Auswahl. Die Europäische Kommission soll im Jahr 2027 in der <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/PDF/?uri=OJ:L_202400573">F-Gas Verordnung (EU) 2024/573</a> eine Regelung für Verbote von fluorierten Treibhausgasen in mobilen Kälte- und Klimaanlagen vorschlagen. Mit diesen drei natürlichen Kältemitteln sollte es für Züge möglich sein, zukünftig auf Lösungen mit natürlichen Kältemitteln umzustellen.</p>

Transformation von Kühlmanagement & Kälteerzeugung von Obstlagerräumen in das digitale Zeitalter mittels simulativem und praktischem Systemvergleich, Teilprojekt 1

Gasreaktionen im fremdbeheizten Wirbelbett

Wirbelbettreaktoren werden fuer sehr unterschiedliche Fragestellungen der Energie-, Verfahrens-, und Umwelttechnik eingesetzt. Neben den primaer interessierenden heterogenen Reaktionen laufen auch immer damit gekoppelt homogene Gasphasenreaktionen ab, deren Besonderheit darin besteht, dass sie in der Naehe von grossen Partikeloberflaechen stattfinden. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Pyrolyse und Verbrennungsreaktionen von einfachen Kohlenwasserstoffen, die der Fluidisierungsluft oder einem inerten Fluidisierungsgas in kleinen Konzentrationen beigemischt werden. Mit Hilfe eines Chrompack Gaschromatrografen CP09001 (3-Saeulen-Schaltung mit Molsieb 5 A, Al2O3/KCl und Poraplot Q, WLD- und FID-Detektoren) koennen Konzentrationsprofile fuer folgende Gaskomponenten gemessen werden: Kohlenwasserstoffe C1-C4, CO2, CO, O2, N2, H2. Es wurde die stoechiometrische Verbrennung und die Pyrolyse von Propan bei Minimalfluidisation im Bereich von 700 bis 1000 Grad Celsius untersucht. Das Bettmaterial des Wirbelschichtofens bestand aus einer SiO2-Schuettung. Es hat sich gezeigt, dass im Bereich der Minimalfluidisation unguenstige Temperaturgradienten im unteren Bettbereich auftreten, die eine kinetische Deutung erschweren. Bei den Pyrolyseexperimenten konnte das Kohlenstoffdefizit im Abgas durch eine Messung des festen Kohlenstoffs auf dem Bettmaterial bilanziert werden.

Entwicklung von Wärmepumpenlösungen mit Propan für den Austausch von Gas- und Ölgeräten

In dem hier skizzierten Projekt sollen einfach anwendbare und multiplizierbare Lösungen für den Austausch von Gas- und Ölheizungen durch Wärmepumpen in Bestandsgebäuden unter Verwendung des natürlichen Kältemittels R290 (Propan) erarbeitet werden. Die Kombination aus dem für die Energiewende erforderlichen Anstieg installierter Wärmepumpensysteme (6 Mio. Geräte bis 2030) und der angestrebten Verschärfung der F-Gas-Verordnung stellt für die Wärmepumpenhersteller und die umsetzenden Gewerke eine große Herausforderung dar. Dabei stellen sich je nach Bestandsanlagentechnik und Gebäudeklasse (E/ZFH vs. MFH, Baualtersklasse) verschiedene Anforderungen und Schwierigkeitsgrade des Heizungsaustauschs durch Wärmepumpen. Besondere Herausforderungen werden im Wohnungsbestand der Mehrfamilienhäuser gesehen. In dem hier skizzierten Projekt sollen für die drei Anwendungsfelder 'Ersatz Gas-Etagenheizung', 'Ersatz Zentralheizung im Keller' und 'Leistungssteigerung außen aufgestellter Wärmepumpen' technische Wärmepumpensystemlösungen entwickelt und in unterschiedlicher Ausprägung durch Funktionsmuster demonstriert werden. Die Lösungen sollen derart gestaltet sein, dass im Anschluss an das Projekt eine breite und akzeptierte Umsetzung in Gebäuden stattfinden kann. Die wissenschaftlichen Herausforderungen liegen in zahlreichen Einzelthemen, wie z.B. der Kältemittelreduktion für neue Wärmepumpensysteme, der Entwicklung von Lösungen für den Ersatz von Gasetagenheizungen, der systematischen Quellenanalyse hierfür und der integrierenden Regelung zwischen Gerät und System und soll Grundstein für Entwicklungsfragen der nächsten und übernächsten Produktgenerationen sein. Die zentralen Marktakteure dieses Prozesses, die Wohnungswirtschaft und die Wärmepumpenhersteller, sind über einen Beirat in das Projekt eingebunden und können die Anforderungen und Randbedingungen der zu entwickelnden Lösungen mitbestimmen und jeweils in ihre dann folgenden Produktentwicklungen übernehmen.

Transformation von Kühlmanagement & Kälteerzeugung von Obstlagerräumen in das digitale Zeitalter mittels simulativem und praktischem Systemvergleich

Umweltzeichen Blauer Engel für Mehrweg-Verpackungssysteme für Transport und Versand

Das Umweltzeichen DE-UZ 27 „Blauer Engel für Mehrweg-Transportverpackungen“ zeichnet Mehrweg-Transportverpackungen aus und soll zur Abfallvermeidung und zur Ressourcenschonung beitragen. Im vorliegenden Bericht werden die Ergebnisse und Hintergründe der grundlegenden Überarbeitung des Umweltzeichens im Jahr 2024 dargestellt. Das Forschungsinstitut Ökopol wurde mit dieser Revision der Vergabekriterien beauftragt.Zentraler Bestandteil der Revision ist die Fokussierung des Umweltzeichens auf Mehrwegsysteme, die eine wiederholte Nutzung der Verpackungen sicherstellen. Die möglichen genutzten Mehrwegverpackungen umfassen eine breite Palette an Verpackungstypen, wie flexible Big Bags, lebensmitteltaugliche Mehrwegsteigen, Paletten, oder Versandboxen und -taschen. Sie bestehen häufig aus Kunststoffen, insbesondere Propylen, teilweise auch aus Holz oder Papier, Pappe, Karton (PPK). Sie sind geeignet für eine Vielzahl von Anwendungen, bspw. dem Transport verschiedener Waren zwischen Unternehmen oder der Nutzung zum Versand im Onlinehandel.

Methodenentwicklung zur künstlichen Alterung von Propankältekreisen als Voraussetzung für Maßnahmen zur Lebensdauerverlängerung von Wärmepumpen

Aktuell wird die Wärmeversorgung deutscher Haushalte maßgeblich durch Öl- und Gasheizungen bewerkstelligt, was eine starke Abhängigkeit von fossilen Ressourcen bedeutet. Durch ihre Effizienz verhalten sich elektrische Wärmepumpen (WP) deutlich klimafreundlicher und können, wenn mit Strom aus regenerativen Energiequellen betrieben, maßgeblich zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung beitragen. Zusätzlich wird die Nutzung umweltfreundlicher Kältemittel wie z.B. Propan (R290) oder Butan (R600) zunehmend gesetzlich gefördert. Durch die hohe Entzündlichkeit dieser Kältemittel rückt eine dauerhafte, technische Dichtheit ins Zentrum aktueller WP-Entwicklungen. Im Rahmen eines Fraunhofer Plattformprojekts sollen in WP-Resilienz in enger Kooperation mit der Industrie (Hersteller für Haus-WP und Klimagerätehersteller für Schienenfahrzeuge) Methoden zur künstlichen/ beschleunigten Alterung, zielgerichteten Fehlstellenanalyse und Lebensdauerprognose von Propan-Kältekreisen entwickelt werden. Zudem soll eine vereinheitliche Datenbasis für die Risikobewertung von Kältekreisen im Hinblick auf Leckagen und damit verbunden ausströmendes Kältemittel geschaffen werden. Neben Leckagen sollen auch Risiken basierend auf Zündquellen und Unfälle in die Datenbank aufgenommen werden. Durch die zentralen Ergebnisse des Vorhabens soll der Industrie eine Methodik zur Verfügung gestellt werden, um das komplexe Zusammenspiel von Schwingungsanregungen durch den Kompressor, Eigenspannungen nach dem Herstellungsprozess sowie Temperatur- und Druckschwankungen und variierende Umwelteinflüsse (z.B. korrosive Atmosphären) wissenschaftlich und anwendungsnah zu bewerten, wodurch erstmals eine belastbare Lebensdauerabschätzung von hermetischen Kältekreisen möglich wird. Zusätzlich sollen detaillierte Untersuchungen von leckbehafteten Bauteilen eine übersichtliche Datengrundlage zur Durchführung von Risikobewertungen für Kältekreise ermöglichen, die zur Einhaltung gesetzlicher Vorgaben ist.

Schallreduzierte effiziente elektrische Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln - Mikrokanal-Verdampfer mit geometrischen Adaptionen (TP 1A), Teilvorhaben: Kältemittelverteilung und Vermessung

Wärmepumpen sind eine der zentralen Lösungen für die klimaneutrale Gebäudeheizung und Klimatisierung der Zukunft. Die Absatzzahlen im Heizungsbereich stiegen in den letzten Jahren in Deutschland stark an, auf 154.000 installierte Geräte im Jahr 2021. Im Neubau wurde jede zweite Heizung mit der Wärmepumpentechnologie umgesetzt. Im Jahr 2021 waren 1,2 Mio. Wärmepumpen in Deutschland im Betrieb. Die überwiegende Zahl dieser Wärmepumpen (70%) nutzen als Wärmequelle die Luft. Steigt ihre Zahl weiter so stark an, wird eine Herausforderung immer zentraler: Die Geräuschentwicklung der Wärmepumpen auf ein Minimum bringen. Diese Herausforderung geht der Projektverbund für Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Wärmepumpenherstellern, Komponentenlieferanten und Forschungsinstituten an. Der Projektverbund QUEEN-HP verbindet Methodenentwicklung zur akustischen Analyse und Bewertung von Wärmepumpen und deren Komponenten mit Lösungsentwicklungen in Technologieprojekten mit neuen Komponenten in Wärmepumpen, neuen Formen der Schalldämpfung und innovativen Gerätemodifikationen. Das Technologieprojekt 1A 'Mikrokanal-Verdampfer mit Geometrischen Adaptionen' befasst sich mit Geometrieänderungen an Microchannel Wärmeübertragern für deren Einsatz als Verdampfer mit Kältemittel R290 (Propan) für Luft-Wasser-Wärmepumpen im Heizleistungsbereich von 10kW. Die geometrischen Änderungen am Verteiler und den Lamellen zielen auf eine bessere Verteilung des Kältemittels und langsameres Vereisen des Verdampfers ab. Die Performance mehrerer iterativ optimierter Microchannel-Verdampfer wird experimentell bestimmt. Bei der Vermessung wird eine kombinierte Methode aus u.a. Infrarotaufnahmen, Makrodetailaufnahmen und Messungen des Dampfgehalts eingesetzt, um gezielt geometrische Anpassungen am Verdampfer vornehmen zu können.

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