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Katalytisch aktive Baustoffe zum Abbau von Schadstoffen in städtischen Atmosphären

Mehr als 90 Prozent der anthropogen emittierten Stickstoffoxide entstehen als Nebenprodukte von Verbrennungsvorgängen. Verursacher sind Kfz-Motoren, Feuerungsanlagen der Kraftwerke, Industriebetriebe und Hausheizungen. Der Verkehr ist die Emittentengruppe mit den höchsten Anteilen an Stickstoffoxiden (NOX). Trotz der in den vergangenen Jahren verstärkten Anstrengungen, die NOX-Emissionen zu reduzieren (Kfz-Katalysatoren, Rauchgasentstickungsanlagen) führen hohe Verkehrsdichten in Ballungsräumen und oftmalige Inversionswetterlagen zu erheblichen NOX-Belastungen. So kommt es, dass in Innenstadtbereichen trotz der erwähnten Emissionsminderungsmaßnahmen, aufgrund des ständig steigenden Verkehrsaufkommens, Grenz- bzw. Richtwerte überschritten werden. Ein neues Verfahren zur Minimierung der Immissionen basiert darauf, vorhandene Gebäudeoberflächen (z. B. Dächer, Häuserfassaden, Verglasungen) zur Reduktion von Stickoxiden in städtischen Atmosphären zu nutzen. Hierzu sollen die katalytischen bzw. photokatalytischen Eigenschaften bestimmter Substanzen gezielt baulich eingesetzt werden. Der katalytische Abbau von NOX in Rauchgasentstickungsanlagen ist ein umfangreich erforschtes Gebiet der technischen Chemie. Erst oberhalb Temperaturen von 250 - 400 Grad C erreichen die Katalysatoren Umsatzgeschwindigkeiten, die für die technische Nutzung brauchbar sind. In Großstädten stehen ausgedehnte Gebäudeflächen zur Verfügung. Würde ein Teil dieser Flächen aus katalytisch aktiver Bausubstanz bestehen, so wären hier auch langsame, auf niedrigem Temperaturniveau (Sommeraußentemperatur) stattfindende katalytische Reaktionen interessant, da die großen Flächen den Nachteil geringer Umsätze kompensieren würden. Diese neue Gruppe von funktionellen Baustoffen für den passiven katalytischen Schadstoffabbau werden als p-Baustoffe (Protective Integrated Building Materials) bezeichnet. Erste Voruntersuchungen mit beschichteten Dachsteinen waren erfolgreich.

Untersuchung der Wirksamkeit technischer Primärmaßnahmen auf die Zerstörung, Neubildung und Umwandlung stabiler Organohalogen-Verbindungen im Feuerbett bei der Verbrennung fester Brennstoffe bzw. Brennstoffgemische

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Untersuchung der Wirksamkeit prozesstechnischer Primärmaßnahmen auf die Zerstörung, Neubildung und Umwandlung von Organohalogen-Verbindungen im Feuerbett bei der Verbrennung fester Brennstoffe bzw. Brennstoffgemische. Als prozesstechnische Primärmaßnahmen werden Brennstoff- und Verbrennungsparameter betrachtet, auf die vor bzw. während des Verbrennungsvorganges eingewirkt werden kann. Anhand der Ergebnisse des Forschungsprojektes werden hinsichtlich der Minimierung der emissionsseitigen Bildung von Organohalogen-Verbindungen die verbrennungstechnischen Randbedingungen definiert. Zur Abschätzung des Einflusses des jeweiligen Verbrennungsparameters auf die Zerstörung, Neubildung und Umwandlung von Organohalogen-Verbindungen soll der Gehalt an ausgewählten Substanzklassen in dem sich bildenden Rauchgas untersucht werden. Aus Untersuchungen an einer Großanlage ergab sich durch die Zugabe von bromhaltigen Material zum einen eine signifikante Steigerung der chlorierten Dioxine und Furane und zum anderen die Bildung von bromierten bzw. bromiert-chlorierten Dioxinen und Furanen. Da deren Bildung prinzipiell dem selben Mechanismus wie dem der chlorierten Verbindungen unterliegt, werden die bromierten bzw. bromiert-chlorierten Dioxine und Furane als Leitsubstanzen zur Abschätzung der Wirksamkeit von Primärmaßnahmen herangezogen. Daneben sollen zur Untersuchung der Bildungstendenz von Precusoren in Abhängigkeit der Verbrennungsparameter bromiert/chlorierte Phenole und Benzole untersucht werden.

ETOS: Elektrochemische Valorisierung von hochchlorierten persistenten Abfällen, EVALINA - Teilprojekt D

Verfahrensentwicklung zur klimaneutralen Produktion von Grundchemikalien mittels innovativer Membranverfahren am Beispiel von Alkalicarbonaten, Teilprojekt 5: Aufbau und Erprobung einer Versuchsanlage

Die oberflaechliche Kontamination von Koernerfruechten bei direkter Trocknung mit Propangas und Heizoel EL (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, Cr, Ni, Se, Cd, Pb, As, Hg, S, F, NO2, NO3)

Nachweis aller im Rauchgas/Luftgemisch von Fluessiggas- und Leichtoelbrennern auftretenden Stoffe (Pb, F, CrIII, CrVI, Zn, Se, Ni, As, Hg, Cd, Mo, Sn, Cu, SO2, Hf, NOx, polycyklische Aromate) bei Variation von Luftmenge, Gas- bzw. Oelmenge und Brennereinstellung. Ermittlung der Ablagerungen aus diesem Rauchgas/Luftgemisch auf Koernerschuettungen in Satz- und Durchlauftrocknern.

Ueberfuehrung der in Abgasen, speziell Rauchgasen, enthaltenen Schwefeloxide in elementaren Schwefel

Die Untersuchungen haben zum Ziel, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem sich nach Konzentrierung der Schwefeloxide durch Sorption ein Wiederaufheizen der Abgase eruebrigt. Die Reaktionssubstanzen sollen nach der Regeneration, bei der fluessiger Schwefel als Produkt erzeugt wird, erneut verwendbar sein. Die Untersuchungen gliedern sich in 1. die Ermittlung von Ab- bzw. Adsorptionsdaten fuer SO2, 2. die Erzeugung von H2S aus Methan und Schwefel, wobei anfallender CS2 durch Hydrolyse in H2S ueberfuehrt wird, und 3. die Umsetzung von SO2 mit H2S zu elementarem Schwefel.

Verbrennung von Hausmuell

Die Entsorgung kommunaler Abfaelle erfordert die Weiterentwicklung des klassischen Muellverbrennungsprozesses mit dem Ziel einer Minderung der Freisetzung von Schadstoffen. Dazu sind umfassende Kenntnisse ueber die Entstehung und das Verhalten einzelner Schadstoffe notwendig. Entsprechende Untersuchungen werden an bestehenden Muellverbrennungsanlagen, insbesondere mit Hilfe der halbtechnischen Testanlage TAMARA des KfK durchgefuehrt. Sie betreffen folgende Problemkreise: 1) Bilanzierung und Verhalten von Schadstoffen mit dem Ziel einer Schadstoffbilanz in Muellverbrennungsanlagen mit unterschiedlichen Gasreinigungssystemen mittels Einsatz moderner Analyseverfahren. 2) Untersuchungen der Verbrennungsvorgaenge im Brennraum und in der Nachbrennkammer von Muellverbrennungsanlagen, insbesondere der Entstehung organischer Schadgase, des chemischen und thermischen Verhaltens von Schwermetallen und der Bildungs-, Emissions- und Zersetzungsmechanismen organischer Schadstoffe einschl. Entwicklung spezieller analytischer Verfahren. 3) Erprobung der Abscheidewirksamkeit verschiedener Entstaubungsverfahren wie Zyklone, Elektro- und Gewebefilter, in Kombination mit nasser Rauchgasbehandlung zur HCl-, Hg- und SO2-Abscheidung. 4) Methodische Entwicklungen zur Schwermetallaugung aus den Filterstaeuben mit der sauren Fluessigphase der Rauchgas-Waesche, zur Abscheidung und Konzentrierung dieser Metalle aus den resultierenden Waessern, mit Hilfe der Testanlagen DORA und KLARA sowie zur Rueckfuehrung der gelaugten Filterstaeube in den Verbrennungsraum, um anhaftende organische Schadstoffe zu zerstoeren (3R-Verfahren).

T!Raum - Inno!Nord - CO2-Gewinnung aus Abgasen mit gleichzeitiger H2-Produktion (Inno!Nord-KOWA)

Bestimmung von Schadstoffgehalten und der Schadstoffverteilung von Ersatzbrennstoffen im Technikumsmassstab

Im Fachgebiet Abfalltechnik steht eine Technikumsverbrennungsanlage (TVA), die Speziell für die Energie-, Massen- und Schadstoffbilanzierung von Verbrennungsversuchen entwickelt und in den letzten Jahren mehrfach modifiziert wurde. Die Energie- und Massenbilanzierung wird seit Jahren erfolgreich genutzt. Im Rahmen dieses Projektes konnte als erstes die Qualität der Schadstoffbilanzierung mit Hilfe der in dieser Untersuchung durchgeführten Verbrennungsversuche am Beispiel Chlor gezeigt werden. Dazu wurden Verbrennungsversuche an der TVA durchgeführt, bei denen Holz/PVC-Mischungen und Holz/NaCl-Mischungen, die bis zu 6 Ma-Prozent Chlor enthielten, eingesetzt wurden. Um die Widerfindungsraten von Chlor bei den Verbrennungsversuchen in der TVA zu bestimmen und um zusätzlich Aussagen über den Transfer des Chlors in die verschiedenen Fraktionen machen zu können, wurden die Chloranteile in den einzelnen Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub ermittelt. Die HCI-Konzentrationen im Rauchgas wurden mit dem OPSIS-Messsystem analytisch bestimmt. Die Staub- und Aschegehalte wurden ermittelt und der Flugstaub und die Asche auf ihre Chlorgehalte untersucht. In den drei Fraktionen Rauchgas, Asche und Flugstaub konnten 95,1 bis 101,7 Prozent des eingesetzten Chlors wieder gefunden werden. Es wurden bei den Holz/PVC-Mischungen 82 bis 85 Prozent des Chlors im Rauchgas, 11 bis 14 Prozent in der Asche und etwa 1,4 Prozent im Flugstaub ermittelt. Bei anschließenden Vergleichen zeigten diese Transferkoeffizienten eine gute Übereinstimmung mit hochgerechneten Transferkoeffizienten aus Laboruntersuchungen von Schirmer (2005). Damit wurde gezeigt, dass die Veränderungen und Umbauten an der TVA in den letzten Jahren zu einer Verbesserung der Schadstoffbilanzierung geführt haben und diese dadurch erfolgreich durchgeführt werden kann. Damit ist die TVA für weitere Schadstoffermittlungen von unbekannten Ersatzbrennstoffen gut geeignet. Neben der Ermittlung von Ersatzbrennstoffen wurde die TVA in jüngster Zeit auch für die Bestimmung der Chlorfreisetzung ins Rauchgas eingesetzt: die kontinuierliche Erfassung der Schadstoffkonzentrationen im Rauchgas mit dem Messsystem OPSIS ermöglicht die zeitliche Schadstofffreisetzung ins Rauchgas zu bewerten, da aufgrund der semikontinuierlichen Brennstoffzugabe charakteristische Konzentrationsverläufe gewonnen werden.

Membranverfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus Industriegasen

Membranverfahren für die Gasseparation haben das Potenzial eine Schlüsselrolle in einer zukünftigen Industriegesellschaft einzunehmen, die sich durch CO2-Emissionsvermeidung und -Kreislaufführung, der Verwendung von H2 sowie der Sektorenkopplung auszeichnet. Das Vorhaben MemKoWI adressiert dies durch die Erforschung von mehrstufigen Membranverfahren für die Abtrennung von CO2 aus: Rauchgas von Gichtgaskraftwerken der Stahlindustrie, Hochofengas der Stahlindustrie, Rauchgas von Frischholzkraftwerken, Abgasen der Zementindustrie und die Abtrennung von H2 aus Prozessgasen der Stahlindustrie. Hierbei sollen sowohl die modifizierte Anlage aus den Vorgängerprojekten zum Einsatz kommen als auch neue, modulare Membrananlagen konzipiert, gebaut und betrieben werden. Die darin verwendeten Membran- und Modultechnologien sollen weiter erforscht und ihre Eignung für die geschilderten Anwendungen soll nachgewiesen werden. Hierbei werden Polymer- und Keramikmembranen betrachtet und in Membranmodule integriert. Das Mehrstoffpermationsverhalten der Membranen wird experimentell untersucht werden und die Basis für die Modellierung des Trennverhaltens bilden. Diese wird zusammen mit der Beschreibung der Strömungsführung in Simulationstools für Membranmodule einfließen, welche wiederum in Prozesssimulationswerkzeuge integriert werden. Simulationen werden für die Auslegung der Anlagen, die Auswertung von Versuchsergebnissen, die Entwicklung von Verfahrensalternativen, die Übertragung auf andere Anwendungen und die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit verwendet. Die Fernüberwachung der Anlagen wird es ermöglichen, experimentelle Daten fortlaufend mit Simulationsergebnissen abzugleichen und Regelungs- und Automatisierungsaspekte zu adressieren. Ziel des Vorhabens ist es Membranverfahren als skalierbare, bedarfsgerecht einsetzbare und einfach zu integrierende Technologie für die CO2- und H2-Abtrennung in einer sich der CO2-Neutralität annähernden Industriegesellschaft zu etablieren.

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