Die Waermeuebertragung an feinkoernigen Feststoffen kann in blasenbildenden Wirbelschichten erfolgen. Derartige Waermetauscher werden z.B. bei der Verbrennung von Kohle eingesetzt. Zur Einhaltung bestimmter Emissionsgrenzwerte muss die Temperatur der eingesetzten Feststoffpartikeln gezielt eingestellt werden. Dies erfordert eine eingehende Kenntnis ueber den vorliegenden Waermeuebertragungsmechanismus, damit physikalisch sinnvolle Korrelationen fuer den Waermeuebergangskoeffizienten erstellt werden koennen. Derartige Korrelationen sind dann auch fuer geaenderte Stoffsysteme anwendbar, wie sie z.B. in Gas-Feststoff-Reaktoren auftreten. In solchen Reaktoren muss ebenfalls, je nach vorliegenden Reaktionstyp, Waerme zu- oder abgefuehrt werden, um die gewuenschte Reaktionstemperatur einzustellen. Im Forschungsvorhaben wurden an blasenbildenden druckaufgeladenen Wirbelschichten Waermeuebertragungsuntersuchungen durchgefuehrt und das Bewegungsverhalten der Feststoffpartikeln an der Waermetauscherwand analysiert. Basierend auf diesen Untersuchungen konnte fuer einen weiten Bereich von Gas-Feststoff-Kombinationen eine Korrelation fuer den Waermeuebergangskoeffizienten erstellt werden.
Filterasche aus Elektrofiltern von Verbrennungsanlagen ist giftig, da loesliche Schwermetallverbindungen, sowie Dioxine und Furane enthalten sind. Bei der thermischen Filterstaubentgiftung von Asea Brown Boveri wird die Filterasche in einem elektrisch beheizten Ofen erhitzt. Dabei verschmilzt der sandaehnliche Filterstaub oberhalb von 1200 GradC zu einem Glas, das aus dem Ofen ausgetragen wird. Die Auslaugraten von diesem Glas liegen deutlich unter den Grenzwerten der Abwassernorm. Die Schwermetallverbindungen dampfen bei der hohen Temperatur ab und werden nach Quenchen mit viel Kaltluft auf einem Schlauchfilter abgeschieden. Eine Rueckgewinnung der Schwermetalle aus dieser Fraktion ist moeglich. Dioxine und Furane werden thermisch zerstoert und nicht wieder gebildet.
Durch Wahl geeigneter Werte fuer Bakterienkonzentration, Reaktionstemperatur, Sauerstoffeintrag und Reaktorbauform soll der biochemische Substratabbau in einer kontinuierlich durchstroemten Messzelle so beschleunigt werden, dass er in einer Stunde nahezu vollstaendig erfolgt. Aus der gasanalytisch gemessenen Sauerstoffkonzentrationsdifferenz des Gases wird in erster Naeherung auf die abgebaute Substratmenge und damit auf die Eintrittssubstratkonzentration geschlossen. Das entwickelte Verfahren eignet sich darueberhinaus auch fuer reaktionskinetische Untersuchungen zur biologischen Abwasserreinigung.
Ziel des Vorhabens ist die Synthese neuartiger, poröser Koordinationspolymere (metallorganische Gerüstverbindungen, MOF) durch Verwendung von Ionischen Flüssigkeiten (IL) als Basiskomponente. Die IL dient hierbei sowohl als Präkursor für das Koordinationspolymer als auch als strukturgebendes Element und Lösungsmittel. In der zweiten Förderperiode soll verstärkt der Einfluss der Struktur der IL auf die Struktur des MOFs untersucht werden. Hierbei stehen die Synthese und Syntheseentwicklung flüssig kristalliner und chiraler Ionischer Flüssigkeiten im Fokus. Neben der Synthese und Charakterisierung der sich daraus ergebenden neuartigen MOF-Strukturen wird insbesondere auch der Syntheseweg zu den MOFs eingehend untersucht. Die Entwicklung der Synthesestrategie zielt insbesondere auf nachhaltigere Prozesse ab, mit dem Ziel einen geringeren Energieeintrag (niedrige Reaktionstemperatur) und eine Reduktion bzw. Substitution nicht-nachhaltiger Lösungsmittel zu erreichen. Für ersteres soll die Synthese mit Ultraschall durchgeführt werden. Dieser Einsatz erwirkt zusätzlich eine kinetische Kontrolle der Synthese, was neue Phasen und Strukturen der so hergestellten MOFs erwarten lässt.
Das Projekt verfolgt das Ziel, durch die photokatalytische Trockenreformierung von CO2 und Methan die Möglichkeit zu schaffen, gleichzeitig die thermodynamische Limitierung der Reaktion und die hohen Reaktionstemperaturen zu umgehen. Die durch Licht eingebrachte Energie aktiviert die Reaktanden und ermöglicht die Produktbildung, ohne dass sich das thermodynamische Gleichgewicht durch die Rückreaktion am Katalysator einstellen kann. Die Ergebnisse verschiedener Autoren, die als Proof-of-Concept betrachtet werden können, sollen durch ein tieferes Verständnis des Reaktionsmechanismus deutlich gesteigert werden. Dabei steht eine Erhöhung der Quantenausbeute und der Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber einer Verbesserung der Selektivität im Vordergrund. Neben Reinstoffen sollen auch reale Gasgemische wie Biogas eingesetzt werden, um den Einfluss von Begleitstoffen auf die Katalysatoren zu untersuchen. Bei der Katalysatorauswahl werden literaturbekannte Systeme als Ausgangsbasis benutzt und später Materialen von den Verbundpartnern eingesetzt. Ausführliche Beschreibung: siehe Gesamtvorhabensbeschreibung AP-Sch1: Modifikation und Ausbau einer bestehenden Anlage zur Untersuchung photokatalytischer Reaktionen AP-Sch2: Untersuchungen der Kinetik der photokatalytischen Trockenreformierung AP-Sch3: Modellierung der photokatalytischen Trockenreformierung AP-Sch4: Konzeption und Bau eines Demoreaktors
Background: Fuel cells are usually classified into working temperature categories. High temperature fuel cells (HTFC), such as the Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) or the Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) are working in a temperature range of 600-950°C that allows a sufficient conductivity of the electrolyte. State of the art HTFCs have already shown high cell efficiency up to 60%. Low temperature fuel cells (LTFC) are mostly equipped with a polymer membrane such as Nafion whose conductivity depends on the presence of water molecules. Therefore, their working temperatures are usually limited to 80-90°C. With exception of MCFC that is specially designed for stationary electricity plans, both, high and low temperature fuel cells are planned to be used in a foreseeable future as energy converter for stationary and automotive applications. In the case of the LTFC, however, more robust systems and especially, more stable polymer membranes than PBI-based ones, which are still sensitive to cold starting processes that are able to work at 100-150°C are needed. Higher working temperatures mean higher efficiency of the catalysts, lower electrolyte resistances and as a consequence higher cell performances. These depend not only on the working temperature, kind of catalyst and membrane, but also on the purity of the fuel and its distribution within the diffusion and reaction layers and also on the evacuation of the reaction products, which can lead to catalyst poisoning and electrode flooding, respectively. The latter depends on the morphology and properties inherent to the diffusion and reaction layers, such as catalyst loading, porosity, hydrophobicity, thickness and additionally on the compression forces within the stack. For these reasons, the design of the membrane-electrodes assembly (MEA) remains a very important step within the fuel cell concept. One distinguishes two strategies: the most common one consists on coating the electrodes with the diffusion and reaction layers (CCE) and finally press them together with the membrane to a MEA. The second one aims to directly coat the membrane with the reaction and diffusion layer inks or pastes (CCM).
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