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Pyrolyse dickwandiger Faserverbundwerkstoffe als Schlüsselinnovation im Recyclingprozess für Rotorblätter von Windenergieanlagen, Teilvorhaben: Atmosphärendruck-Plasmaanlage und Prozessentwicklung für die trockenchemische Aktivierung und Beschichtung von Fasergelegen

Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Konzeptionierung, der Entwicklung und dem Aufbau einer unter Atmosphärendruck arbeitenden Plasmaanlage zur Reinigung und Beschichtung von Glas- und Kohlenstofffasergelegen sowie der Entwicklung einer geeigneten Haftvermittlerschicht zur späteren erneuten Einbindung der Faser in eine Duromerharz-Matrix. Ziel ist es, die mit Hilfe der Pyrolyse (thermisch und Mikrowelle) freigelegten Fasergelege mit der inlinefähigen Plasmatechnik ohne Beschädigung der Fasern zu reinigen, zu aktivieren und anschließend zu beschichten, damit eine Wiederverwendung der Fasergelege mit einer sehr guten Faser/Matrixhaftung ermöglicht wird. Dazu wird ein zweistufiges Verfahren bestehend aus Plasmareinigung mit anschließender Plasmabeschichtung untersucht und eine geeignete Plasmaanlage aufgebaut und an die Anforderungen des Prozesses angepasst. Im ersten Schritt wird die Oberfläche von Restkontaminationen befreit und aktiviert und im zweiten Schritt wird eine haftvermittelnde plasmapolymere Schicht unter Eingabe von Präkursoren (chemischen Zusatzstoffen) in das Plasma auf den Fasergelegen abgeschieden. Die zu verwendende Anlagentechnik, bestehend aus Plasmagenerator, Transformator und Plasmaerzeuger wird in diversen Iterationsschleifen weiterentwickelt. Die umweltfreundliche Technik wird ausschließlich mit elektrischer Energie und Luft oder ggf. Stickstoff als Prozessgas betrieben. Die Beschichtung erfolgt trockenchemisch, lösungsmittelfrei und damit besonders umweltschonend unter Verwendung geringster Präkursormengen.

Rolle der molekularen Zusammensetzung gelöster organischer Substanz (DOM) zur Identifizierung von Quellen und Freisetzung von DOM und Spurenelementen in Liefergebieten von Trinkwasserseen in Gebirgsregionen der mittleren Breiten (DOMtrace) Ein Festphasen Pyrolyse (Py-GC-MS, THM-GC-MS) Ansatz

Der Anstieg der Konzentrationen von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOM) konnte in vielen Oberflächengewässern der temperierten Zonen der Nordhemisphäre nachgewiesen werden. Der Anstieg der DOM-Konzentrationen wird größtenteils auf die schnellere Zersetzung organischer Substanz und den erhöhten Austrag von DOM aus den Böden der Gewässereinzugsgebiete, hier speziell aus Torfmooren, in Flüsse und Seen zurückgeführt. Neben der Bedeutung des DOM im globalen Kohlenstoffkreislauf, auch im Zusammenhang mit Klimaveränderungen, verursacht die 'Gewässerverbraunung' Probleme im Zusammenhang mit der Trinkwassergewinnung. So vermindern hohe DOM-Gehalte, oft auch verbunden mit erhöhten Einträgen DOM-gebundener Schwermetalle, die Trinkwasserqualität und Erhöhen die Kosten der DOM-Entfernung. Obwohl die DOM-Zusammensetzung ein Schlüsselparameter für das Umweltverhalten von DOM ist, ist die Bedeutung seiner molekularen Zusammensetzung in Verbindung mit Landnutzung, Liefergebietsvegetation, Moorhydrologie und Schwermetalltransport kaum verstanden. Zusätzlich sind viele Waldgebiete und Moore in Mittelgebirgen aufgrund von jahrhundertelangem Bergbau oft mit Schwermetallen (Pb, Hg, Zn, etc.) und Arsen belastet. Im vorgeschlagenen Projekt soll das Phänomen des DOM-Anstiegs in Trinkwasserreservoiren am Beispiel der Eckertalsperre und seinem Liefergebiet im Harz untersucht werden. Der Anstieg der DOM-Konzentrationen wird dort bereits seit mehr als 10 Jahren beobachtet. Obwohl allgemein davon ausgegangen wird, dass eine erhöhte Torfzersetzung in Mooren die erhöhten DOM- und Schwermetallausträge verursacht, konnte dieses bisher nicht direkt nachgewiesen werden. Im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes soll die molekulare Zusammensetzung von DOM im Eckertalstausee und seiner Zuflüsse, die sowohl schwermetallkontaminierte Moorgebiete als auch Waldböden entwässern, über einen Zeitraum von 12 Monaten regelmäßig zu untersuchen. Ziel ist es, die saisonale und räumlich Variabilität der Austräge und Quellen von DOM und seine Rolle als Transportmedium für Spurenstoffe als Funktion der molekularen DOM-Zusammensetzung zu verstehen. Anders als in früheren Studien wird der Schwerpunkt der Bestimmung der molekularen DOM-Zusammensetzung auf Festphasenanalysen mittel Pyrolyse-GC-MS und Thermally assisted Hydrolysis and Methylation -GC-MS unterstützt von spektroskopischen Methoden und Spurenelementanalysen liegen. Das beantragte Projekt soll somit, durch die Nutzung des Eckertalstausee-Systems als natürliches Labor, durch die Identifizierung der wichtigsten DOM-Quellen und deren chemischer Variabilität eine Lücke im Verständnis des biogeochemischen Verhaltens von DOM in der Umwelt schließen.

Bestimmung von Quecksilber in humanbiologischen Proben und Arzneimitteln

Validierung des Mercury Analyzers, Leco AMA 254, zum Einsatz in der Klinischen Chemie und Arzneimittelanalytik.

Recycling von Kunststoffverbundmaterialien und Kunststoffgemischen

Ziel ist die werkstoffliche oder rohstoffliche Verwertung von Kunststoff enthaltenden Verbundmaterialien (Kunststoff-Metall, Kunststoff-Papier, Kunststoff-Kunststoff) sowie von Kunststoffgemischen. Fuer die werkstoffliche Wiederverwertung muessen hierzu die einzelnen Komponenten voneinander separiert und sodann sortenrein zu neuen Werkstoffen verarbeitet werden. Wird die Separierung der Verbunde oder Gemische zu aufwendig, werden diese in eine Form mit vorgegebener Spezifikation gebracht, die den Einsatz in der rohstofflichen Wiederverwertung erlaubt (Hochofen, Pyrolyse etc.). Ergebnisse: Verbundmaterialien werden a) werkstofflich verwertet, indem die Verbundkomponenten voneinander abgeloest und anschliessend voneinander getrennt werden. Die Abloesung wird entweder durch Aufloesen einer Verbundkornponente oder durch Anloesen des die Schichten verbindenden Klebers erreicht. Waessrige Abloesemittel garantieren oekologische und oekonomische Verfahren. Beispiele sind Getraenkeverbundverpackungen und Arzneimittelblister sowie beflockte Materialien. b) Verbundmaterialien werden rohstofflich verwertet, indem die Kunststoffverbundmaterialien durch Verfahrenstechniken wie Agglomeratoren und Pelletpressen in eine fuer den Einsatz im Hochofen oder in der Pyrolyse geeignete Granulatform gebracht werden. Einzuhaltende Spezifikationen wie Metallanteile, Chlorgehalte etc. werden durch vorgeschaltete physikalische Abscheidevorrichtungen erreicht und in einer Qualitaetskontrolle gesichert. Aufbereitete Materialien sind die Mischfraktion aus dem DSD-Muell, Teppichboedenabfaelle und Kunststoffe aus dem Elektronikschrott Die Trennung von Kunststoffgemischen wird mit einem Freifallscheider auf elektrostatischer Basis optimiert und Sortenreinheiten oberhalb 99 Prozent erzielt. Beispiele sind PET und PVC-Getraenkeflaschen.

Messungen von Wasserstoff-Isotopenverhältnissen in atmophärischen flüchtigen organischen Verbindungen

Messungen der Verhältnisse stabiler Isotope in flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) in der Atmosphäre liefern wichtige Informationen über die Quellen, die photochemische Geschichte, die Aufenthaltszeiten und die Bilanzen dieser Verbindungen. Bisherige Studien haben sich ausschließlich mit den Verhältnissen stabiler Kohlenstoffisotope in diesen Verbindungen beschäftigt. Die Untersuchung der Isotopenverhältnisse anderer Elemente kann dazu beitragen, atmosphärische Prozesse noch besser zu verstehen und zu quantifizieren. Am vielversprechendsten sind dabei die Verhältnisse der stabilen Wasserstoffisotope, weil auf Grund des im Vergleich zu Kohlenstoff höheren Masseverhältnisses deutlich ausgeprägter Isotopeneffekte zu erwarten sind. Wir beabsichtigen, die Verhältnisse stabiler Wasserstoff-Isotope in atmosphärischen VOC mit einem Gaschromatograph-Pyrolyse-Isotopenverhältnis-Massenspektrometer (GC-P-IRMS) zu messen. Dazu haben wir eine Methode entwickelt, die auf einer Modifikation der bisherigen Messungen stabiler Kohlenstoff-Isotope in atmosphärischen VOC beruht. Um die für diese Messungen notwendigen Nachweisgrenzen und Reproduzierbarkeiten zu gewährleisten, ist die Anreicherung der VOC aus einer großen Probenmenge (je nach Konzentration der VOC bis zu 200 L Luft) notwendig. Dazu wurde das vorhandene Probenaufbereitungssystem modifiziert. Die Methode ist inzwischen gut charakterisiert. Wir konnten zeigen, dass die Nachweisgrenzen ausreichen, um die in der Atmosphäre erwarteten Änderungen der Isotopenverhältnisse durch chemische und physikalische Prozesse nachweisen zu können. Erste Messungen von VOC aus der Umgebungsluft ergaben vielversprechende Ergebnisse. Es ist geplant, basierend auf den bisherigen Erfahrungen das Anreicherungssystem umzubauen, um eine bessere Reduzierung von Wasser und Kohlendioxid aus der Luftprobe zu erreichen sowie durch die Wahl neuer Adsorbentien die Anreicherung zu optimieren und das Spektrum der messbaren VOC zu erweitern. Parallel dazu werden fehlende kinetische Isotopeneffekte gemessen sowie Quellstudien durchgeführt. Anschließend sollen in einer einjährigen Studie Tages- und Jahresgänge ausgewählter VOC untersucht werden. Parallel dazu sollen bestehende Interpretationsmethoden und Anwendungsmöglichkeiten weiterentwickelt werden. Die vorgeschlagene Methode ist ein empfindliches Werkzeug, um die Quellen von VOC zu identifizieren, photochemische Prozesse sowie den Einfluss von Chemie und Transport auf ihre Verteilung zu untersuchen und ihre Aufenthaltszeiten in der Atmosphäre zu bestimmen. Unseres Wissens gibt es bisher keine Messungen der Verhältnisse stabiler Wasserstoff-Isotope in VOC in der Umgebungsluft. Diese Messungen werden weitere Bausteine zum Verständnis chemischer und physikalischer Prozesse in der Atmosphäre liefern.

Integration komplexer Sensorik in die Prozesssteuerung von Pyrolyseanlagen zur Minimierung von Ausschuss, Effizienzsteigerung und Einsparung von Ressourcen und CO2-Emissionen (ReSensePro)

Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre, Teilprojekt A02: Experimentelle Untersuchung der Kinetik von Pyrolyse und Koksabbrand in einem Plug-Flow-Reactor mit Fokus auf die Zünd- und frühe Koksabbrandphase

In einem Plug-Flow-Reactor soll mit hoher zeitlicher Auflösung untersucht werden, wie der Einfluss der veränderten Spezieskonzentrationen in Oxyfuel-Atmosphären die Pyrolyse und den Koksabbrand beeinflussen. Dazu wird neben Feststoffprobenahme, Gasanalysetechniken und Teeranalysen auch ein optisches Verfahren eingesetzt, um die Koksabbrandphase zu untersuchen. Die Versuche dazu werden unter hohen Temperaturen und Aufheizraten durchgeführt, wie sie typisch sind für die Zünd- und Flammenzone in Oxyfuel-Kohlenstaubbrennkammern. Quantitatives Ziel ist die Ermittlung von Pyrolysefreisetzungs- und Koksabbrandraten. Basierende auf diesen Ergebnissen können Globalkinetiken für Pyrolyse und Koksabbrand zur Integration in CFD Codes formuliert werden.

Genehmigungsverfahren Hamburger Stadtentwässerung AöR

Die Hamburger Stadtentwässerung AöR, Billhorner Deich 2, 20539 Hamburg, hat am 27. November 2020, vervollständigt am 24. März 2021, bei der zuständigen Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft die Genehmigung, für die Änderung einer Anlage zur Beseitigung oder Verwertung fester, flüssiger oder in Behältern gefasster gasförmiger Abfälle, Deponiegas oder anderer gasförmiger Stoffe mit brennbaren Bestandteilen durch thermische Verfahren, insbesondere Entgasung, Plasmaverfahren, Pyrolyse, Vergasung, Verbrennung oder eine Kombination dieser Verfahren bei nicht gefährlichen Abfällen mit einer Durchsatzkapazität von 3 Tonnen oder mehr je Stunde (Klärschlammverbrennungsanlage VERA), auf dem Grundstück Köhlbranddeich 3, 20547 Hamburg, Gemarkung Steinwerder/Waltershof, Flurstücke 1442 und 1969, beantragt. Die Änderung der Klärschlammverbrennungsanlage VERA umfasst die Errichtung und den Betrieb: • einer vierten Verbrennungslinie (Wirbelschichtkessel) mit einer Durchsatzkapazität von 4,5 t/Stunde, • einer Dampfturbine, • einer Fremdschlammannahme, • drei Klärschlammtrocknern mit einer Durchsatzkapazität von 21,5 t/h, • zwei Nassschlammsilos mit einer Lagerkapazität von je ca. 1.300 t, • sowie Nebeneinrichtungen. Das Vorhaben bedarf einer Genehmigung nach § 16 BImSchG in Verbindung mit Nr. 8.1.1.3 (Anlagen zur Beseitigung oder Verwertung fester, flüssiger oder in Behältern gefasster gasförmiger Abfälle, Deponiegas oder anderer gasförmiger Stoffe mit brennbaren Bestandteilen durch thermische Verfahren, insbesondere Entgasung, Plasmaverfahren, Pyrolyse, Vergasung, Verbrennung oder eine Kombination dieser Verfahren mit einer Durchsatzkapazität von 3 Tonnen nicht gefährlichen Abfällen oder mehr je Stunde), Verfahrensart G, des Anhangs 1 zur vierten Verordnung zur Durchführung des BImSchG (4. BImSchV). Es handelt sich um eine Anlage gemäß Artikel 10 der RL 2010/75/EU. Gemäß § 9 Gesetz über die Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG) i. V. m. Anlage 1 Nr. 8.1.1.2 ist für das Vorhaben eine Umweltverträglichkeitsprüfung durchzuführen.

LEAP-RE: Einzelvorhaben Nachhaltige Umwandlung von Biomasse in Bioenergie durch Pyrolyse (PyroBioFuel)

Bau und Betrieb einer Biogasanlage zur gemeinsamen Vergärung von Wirtschaftsdüngern mit anschließender Aufbereitung zu Biomethan

Das Verbundvorhaben zwischen der Bioenergy Concept GmbH und des CC4E der HAW Hamburg hat zum Ziel, eine innovative Modell- und Demonstrationsanlage im Landkreis Lüneburg zu realisieren, die Wirtschaftsdünger von mehreren Landwirtschaftsbetrieben zentral zu Biogas vergärt und weiter zu Biomethan aufbereitet. Die hierfür nötige Prozesswärme wird durch den Betrieb einer Pyrolyse erzeugt. Der Einsatz ligninhaltiger Reststoffen und die Produktion von Biokohle stellen ein nachhaltiges und ökologisch zukunftsfähiges Verfahren dar. Das produzierte Biomethan soll primär im Verkehrssektor eingesetzt werden. Als potentieller Hauptabnehmer hat der Landkreis Lüneburg bereits sein Interesse bekundet, das Biomethan in der vom Landkreis betriebenen Elbfähre Bleckede - Neu Darchau und zukünftig auch im ÖPNV zu nutzen. Die als Nebenprodukt pyrolytisch erzeugte Biokohle soll zur Tierfütterung und zur Stabilisierung der Prozessbiologie im Fermenter eingesetzt werden. Sie trägt so zur Aufwertung der Gärreste und zum Humusaufbau der landwirtschaftlichen Flächen bei. Das Ziel der wissenschaftlichen Begleitung seitens der HAW ist es, die Akzeptanz zur Vergärung von Wirtschaftsdüngern zu untersuchen und ggfs. zu stärken. Für die Grundlage des dafür angestrebten Wissenstransfers in alle beteiligten Gruppen soll eine umfangreiche Ausarbeitung bestehender Forschungsergebnisse dienen. Zusätzlich wird mittels Nährstoffanalysen von Edukten und Produkten ein praxisspezifischer Kenntnisstand geschaffen, insbesondere der durch Gärung bedingten, veränderten Düngeeigenschaften von Wirtschaftsdünger. Ferner soll ein allgemeiner Leitfaden zur energetisch-stofflichen Nutzung von Wirtschaftsdüngern in Biogasanlagen geschaffen werden. Eine Bilanzierung von Treibhausgasemissionen der Demonstrationsanlage bilden die Grundlage für mögliche Erweiterungen. Das Verbundvorhabens ist auf drei Jahre vom 07/2023 - 6/2026 ausgelegt und hat ein angestrebtes Fördervolumen von 1,38 Mio €.

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