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Zustandsgeregelte mikrobiologische Klärschlammbehandlung zur Steigerung der Phosphor- und Energieausbeute in Kläranlagen, Teilprojekt 1

Zustandsgeregelte mikrobiologische Klärschlammbehandlung zur Steigerung der Phosphor- und Energieausbeute in Kläranlagen, Teilprojekt 2

Multi Skalen Modellierung von Abtragprozessen bei Biofilmen mit einem poroviskoelastischen Modell

Das Biofilmwachstum in Biofilmreaktoren wird hauptsächlich durch den Abtragprozess reguliert. Den Abtragprozess zu kontrollieren ist daher ein wichtiges Anliegen für den stabilen Betrieb eines Bioreaktors. Zur Kontrolle des Reaktors und um die größte Effizienz zu erreichen sind mathematische (bzw. numerische) Modelle, die den Abtragsprozess darstellen, hilfreich. Solche Modelle können möglicherweise sogar für den Entwurf von Biofilmreaktoren nützlich zu sein. In diesem Projekt soll ein multidimensionales, poroviskoleastisches Biofilm Modell entwickelt werden, das den Abtragsprozess abbildet. Dabei soll auch der Abtrag durch das Auslösen von größeren Stücken ('sloughing'), das durch die Schubspannungen an der Biofilm Grenzfläche und durch das Spannungsfeld im Biofilm entsteht, erfasst werden. Das Modell für den Abtrag soll basierend auf den Schubspannungen an der Grenzfläche und dem Spannungsfeld im Biofilm formuliert werden. Das Modell wird mit experimentellen Beobachtungen kalibriert und validiert. Biofilm Modelle, die für Reaktoren verwendet werden, sind in der Regel eindimensional (1D). Aus diesem Grund soll in diesem Projekt mittels Modellrechnungen mit dem validierten multi-dimensionalen Abtragmodell ein vereinfachtes ('upscaled') 1D Modell entwickelt werden.

Schmelzreaktor zur Aufarbeitung industrieller Reststoffe mit niedrigem Zinkgehalt

In einer Zinksekundaerhuette werden in einem neu entwickelten Schmelzreaktor zinkarme Reststoffe, vorwiegend aus der Zinkmetallurgie, mit Zinkgehalten kleiner 15 Prozent direkt aufgearbeitet. Fluechtige Metalle, hauptsaechlich Zink und Blei werden hierbei in einem oxidischen Filterstaub stark angereichert und die restlichen Bestandteile zu einer als Baustoff verwendbaren Schlacke verschmolzen. Damit wird erstmals ein grosstechnisches, wirtschaftlich arbeitendes Aufarbeitungsverfahren fuer metallarme Vorstoffe fuer die Verhuettung von Nichteisenmetallen geschaffen. Der Schmelzreaktor besteht aus einer wassergekuehlten, zylindrischen Brennkammer mit vertikaler Achse. Er ist durch ein Uebergangsstueck mit dem Schlackenabsetzherd verbunden. Hohe Temperaturen der Schmelze und das bei der unterstoechiometrischen Verbrennung des eingetragenen Kohlenstoffs gebildete CO bewirken, dass das in der Beschickung befindliche Zink als Zinkdampf in die Gasphase uebergeht. Der Zinkdampf wird mit dem Abgasstrom aus dem Reaktor ausgetragen und gelangt nach dem Absetzherd in die Nachverbrennungskammer. Durch Zugabe einer definierten Luftmenge verbrennen Zinkdampf und CO vollstaendig zu Zinkoxid und Kohlendioxid. Die staubhaltigen Abgase (Oxidanfall ca. 6.000 t/a) des Schmelzreaktors werden mittels Gewebefilter entstaubt. Das abgeschiedene Oxid wird fuer den weiteren Transport abgefuellt. Rd. 3.000 t/a Mischoxid werden direkt in die Muffeloefen der Zinksekundaerhuette eingetragen.

Strahlenschaeden in Reaktorstrukturmaterialien

Hohe Neutronenfluesse, die im Inneren von Schnellen Bruetern oder an der ersten Wand der projektierten Fusionsreaktoren auftreten, fuehren zu Strahlenschaeden, von denen das Volumenschwellen, bedingt durch Porenbildung im Material, von hoher Bedeutung fuer die Sicherheit und Rentabilitaet bestimmter Reaktorkonzeptionen ist. In nahezu allen Staaten, die sich mit Kernenergie beschaeftigen, versucht man deshalb, die zur Porenbildung fuehrenden Prozesse besser zu verstehen und schwellresistente Materialien zu entwickeln. Als eine geeignete Untersuchungsmethode hierfuer erwies sich die Simulation von Neutronenschaeden mit hochenergetischen schweren Ionen. Damit ist es moeglich, innerhalb einiger Minuten bis Stunden Strahlenschaeden zu erzeugen, wie sie im Reaktor erst nach Jahren auftreten. Neue Experimente ueber Diffusionsvorgaenge und das Verhalten von Ausscheidungen in NiCrAl-Legierungen bei Schwerionenbestrahlung sind in Vorbereitung. Dazu wurde ein neuer Targethalter konzipiert und gebaut, der schnelle Aufheiz- und Abkuehlvorgaenge erlaubt. Hierdurch werden unerwuenschte Ausheileffekte vermieden. Zur Untersuchung der Materialien wurde ein 100kV-Elektronenmikroskop installiert.

Entwicklung eines modularen Konzeptes zum Aufbau von Biogasreaktoren

Es sind eine Reihe von anaeroben Prozessen bekannt, die alle mehr oder weniger stark den Aspekt der Behandlung bzw. Entsorgung fester, pastoeser oder fluessiger Abfaelle in den Vordergrund stellen. Das Spektrum der Anlagengroesse reicht von Kleinanlagen fuer die Guelleverwertung bis zu grosstechnischen Anlagen. Allen Aufbauprinzipien gemeinsam ist die Tatsache, dass die Anlagengroesse nur schwierig an Rahmenbedingungen wie Groesse der zu entsorgenden Gebietskoerperschaft oder Ergiebigkeit der Substratquelle angepasst werden kann; up-scaling (oder auch down-scaling) erfordert immer Entwicklungstaetigkeit. Dadurch sind Anlagen entweder nicht voll ausnutzbar oder andere Anlagen muessen vorgehalten werden, um Ent- oder Versorgungssicherheit zu gewaehrleisten. Unter Umstaenden muessen lange Transportwege akzeptiert werden. Diese Probleme wirken sich negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes der Verfahren aus. Daher wird oft auf die Gewinnung von Biogas verzichtet, obwohl die Rahmenbedingungen gut waeren. Dies bedeutet, dass eine wichtige Quelle regenerativer Energie praktisch nicht genutzt wird. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines modularen Konzeptes fuer Anaerobreaktoren, das eine Anpassung der Anlagengroesse ohne besondere Entwicklungstaetigkeit erlaubt. Dazu bedarf es der Entwicklung kleiner Reaktoren, die einfach aufzubauen und preiswert herzustellen sind, die dennoch stabil arbeiten und keine aufwendige Regelungstechnik brauchen. Beabsichtigtes Einsatzfeld fuer die Reaktoren ist dabei nicht nur die Behandlung und Entsorgung von Abfaellen, die gleichwohl mit den entwickelten Komponenten moeglich sein sollte, sondern vor allem die Bereitstellung nachhaltiger Energiequellen. Fernziel der Arbeiten des Labors fuer Umwelttechnik der MFH in dieser Richtung ist die Kombination von Anaerobprozessen mit der Biomassegewinnung durch Algen, d.h. direkte Biogasgewinnung aus Solarenergie und CO2-Recycling.

Sicherheitsprobleme verbrauchernaher Hochtemperaturreaktoren

Die Genehmigung verbrauchernaher Standorte ist wesentlich an Fragen des Restrisikos kerntechnischer Anlagen gekoppelt, zu dessen Ermittlung die Umweltbelastung auch nach extremen Stoerfaellen erarbeitet werden muss. Die Effektivitaet technischer Gegenmassnahmen muss nachgewiesen werden. Aufbauend auf bisherige Erfahrungen und Ergebnisse laufender Forschungen soll fuer oberirdische und vor allem auch fuer unterirdische Anordnung des Reaktors durch das Institut fuer Sicherheitsforschung ein Anlagenkonzept erarbeitet werden, in dem bevorzugt sicherheitstechnische Gesichtspunkte Beruecksichtigung finden und sicherheitstechnisch relevante Komponenten (z.B. Absperrorgane, Schleusen, Durchfuehrungen) im Detail analysiert werden. Ferner sind ein moeglicher Sicherheitsgewinn, die technische Machbarkeit und die damit verbundenen Kosten zu beurteilen.

Zustandsgeregelte mikrobiologische Klärschlammbehandlung zur Steigerung der Phosphor- und Energieausbeute in Kläranlagen, Teilprojekt 3

Ressortforschungsplan 2023, Mitwirkung bei und Auswertung von internationalen Untersuchungen zur Brandsicherheit bestehender und neuer Reaktoranlagen

Atomrechtliche Aufsichtsbehörde

Die einzige kerntechnische Anlage in Berlin gemäß § 7 Atomgesetz ist der Forschungsreaktor BER II am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Die staatliche Aufsicht überwacht kerntechnische Anlagen kontinuierlich während ihrer gesamten Lebensdauer, einschließlich der Errichtung, Stilllegung und Sicherung. Forschungsreaktor BER II Aufgaben der Atomrechtlichen Aufsichtsbehörde Der Betrieb des Forschungsreaktor BER II am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) wurde im Dezember 2019 eingestellt. Der BER II diente zur Bereitstellung von Neutronen für die Forschung. Neutronenstrahlung wird von der Wissenschaft, neben Röntgen- und elektromagnetische Strahlung (Gammastrahlung), zur Erforschung der Eigenschaften von Materialien genutzt. Der Zweck des BER II war nicht die Herstellung von Energie, sondern die Bereitstellung von Neutronen. Er war nicht mit einem Kernkraftwerk vergleichbar, da er in einer Umgebung ohne hohe Drücke bei geringen Temperaturen und bei einer Wärmeleistung von gerade einmal 10 MW arbeitete. Andere kerntechnische Anlagen, wie z.B. Kernkraftwerke oder Brennelement-Fabriken, gibt es in Berlin nicht. Es gibt allerdings eine Vielzahl weiterer Einrichtungen, die radioaktive Stoffe in der Medizin, in der Forschung oder zu wirtschaftlichen Zwecken einsetzen bzw. handhaben. Soweit es sich bei diesen radioaktiven Stoffen nicht um Kernbrennstoffe handelt, sind diese Einrichtungen nicht Gegenstand der Atomaufsicht, sondern der für Strahlenschutz zuständigen Behörden. Am Abend des 26. Juni 2017 erfolgte der letzte Abtransport von bestrahlten Brennelementen aus dem BER II in die USA. Pressemitteilung des Bundesministeriums vom 28.06.2017 Informationen zur Stilllegung des BER II (Atomrechtliche Genehmigungsbehörde) Häufig gestellte Fragen zur Sicherheit des Forschungsreaktors BER II (HZB) Forschungsreaktor BER II (HZB) Höchstmögliche Sicherheits­anforderungen Die Atomaufsicht sorgt mit den hinzugezogenen Sachverständigen nach § 20 AtG, im Zusammenwirken mit der Betreiberin des BER II dafür, dass die kerntechnische Anlage BER II den höchstmöglichen Sicherheitsanforderungen gerecht wird. Hierzu gehört eine fortlaufende Anpassung bzw. Verbesserung der sicherheitstechnischen Maßnahmen. Dabei werden neue Erkenntnisse aus Forschung und Entwicklung ebenso berücksichtigt wie Erfahrungen aus dem Betrieb des BER II und dem Betrieb kerntechnischer Anlagen im In- und Ausland. Kerntechnisches Regelwerk Die Aufsichtsbehörde kontrolliert die Einhaltung von Rechtsvorschriften und Neben­bestimmungen, die in atomrechtlichen Genehmigungen festgelegt sind. Weiterhin überwacht sie die Erfüllung von Anordnungen oder Verfügungen nach dem kerntechnischen Regelwerk durch die Genehmigungsinhaber. Sie bearbeitet zustimmungspflichtige Vorhaben und überprüft die Einhaltung der Betriebsvorschriften, die Anforderungen an wiederkehrend zu prüfende sicherheitsrelevante Anlagenteile sowie die betriebsinternen Strahlenschutzmaßnahmen. Umgebungsüberwachung Für die Umgebungsüberwachung des BER II hat die Atomaufsicht jederzeit Zugriff auf ein Fernüberwachungssystem, welches wichtige Anlagenparameter, Emissionsdaten, Wetterparameter und Radioaktivitätsmesswerte erfasst. Erlass von Anordnungen bei Gefahr Darüber hinaus haben die Aufsichtsbehörde und ihre Sachverständigen jederzeit Zutritt zum BER II, falls dies erforderlich sein sollte. Im Bedarfsfall können Anordnungen erlassen, Genehmigungen widerrufen oder die Einstellung des Betriebs angeordnet werden. Dies würde in der Regel der Fall sein, wenn Abweichungen von gesetzlichen Bestimmungen bzw. Genehmigungsauflagen festgestellt würden, die eine Gefahr für Leben, Gesundheit oder Sachgüter darstellen können. Rechtsgrundlagen Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (Atomgesetz – AtG) Gesetz zum Schutz vor der schädlichen Wirkung ionisierender Strahlung (Strahlenschutzgesetz – StrSchG) Grundgesetz für die Bundesrepublik Deutschland (GG) Sollte es beim BER II zu einem für die kerntechnische Sicherheit bedeutsamen Ereignis kommen, wird dieses von der Betreiberin an die Atomaufsicht gemeldet. Grundlage für dieses Meldeverfahren ist die Atomrechtliche Sicherheitsbeauftragten- und Meldeverordnung ( AtSMV ). Sinn und Zweck des behördlichen Meldeverfahrens ist es, den Sicherheitsstatus der kerntechnischen Anlagen zu überwachen und ihn mit den aus den gemeldeten Ereignissen gewonnenen Erkenntnissen im Rahmen des Aufsichtsverfahrens immer noch weiter zu verbessern. Gemeldet werden müssen auch Ereignisse, die nicht auf eine Sicherheitsgefährdung hindeuten, deren Auswertung aber einen Erkenntnisgewinn verspricht. Für den BER II werden die Meldekriterien für Ereignisse in Forschungsreaktoren in der Anlage 3 der AtSMV angewandt. Ergänzend zu dem gesetzlichen vorgeschriebenen deutschen Meldeverfahren werden meldepflichtige Ereignisse auch nach der internationalen Bewertungsskala INES der International Atomic Energy Agency – IAEA , um die Bedeutung des Ereignisses für die Sicherheit der Anlage und dessen radiologische Auswirkungen auf die Bevölkerung und Umgebung transparent darzustellen. Alle bisherigen Ereignisse beim BER II wurden mit der INES-Stufe 0, d.h.“keine oder sehr geringe unmittelbare sicherheitstechnische bzw. keine radiologische Bedeutung”, gemeldet. Insbesondere traten aufgrund keiner Ereignisse Ableitungen radioaktiver Stoffe oberhalb genehmigter Werte für Fortluft und Abwasser auf. Jedes meldepflichtige Ereignis beim BER II ist in den Monats- und Jahresberichten der Störfallmeldestelle des Bundesamtes für kerntechnische Entsorgungssicherheit aufgeführt. Zu den routinemäßigen und anlassbezogenen Aufgaben der Aufsichtsbehörde gehören die technische Kontrolle und Überwachung des BER II, das Führen von regelmäßigen Aufsichts- und Fachgesprächen mit der Betreiberin und den hinzugezogenen Sachverständigen, die Abnahme von fachlichen Prüfungen am Reaktor zur Bestätigung der erforderlichen Fachkunde die Prüfung und Begleitung von eingereichten Änderungs- und Instandhaltungsanträgen; die Auswertung und Prüfung der Betreiberberichte wie etwa der technischen Monats- und Jahresberichte, die Auswertung und Prüfung der dazugehörenden Stellungnahmen der Sachverständigen. Gemäß Auflage 3.4.3 der Betriebsgenehmigung (dritte Teilgenehmigung zur Änderung des Forschungsreaktors BER II in Berlin Wannsee) ist die Betreiberin verpflichtet, der atomrechtlichen Aufsichtsbehörde schriftlich über den bestimmungsgemäßen Betrieb zu berichten. Dabei wird dargestellt, wie der Betrieb seit der letzten Berichterstattung verlaufen ist, z.B. wann der Reaktor in Betrieb war und welche Störungen auftraten. Ferner enthält der Bericht auch eine Übersicht, welche Arbeiten durchgeführt worden sind. Weiterhin muss jede Bewegung von Kernbrennstoff angezeigt werden. Im Rahmen des Berichtes wird auch darüber informiert, welche Themen innerhalb des Fachkundeerhalts behandelt worden sind. Gemäß Auflage 3.4.4 ist die Betreiberin auch verpflichtet, die nach den Artikel 78 und 79 des Vertrages zur Gründung der Europäischen Atomgemeinschaft (Euratom-Vertrag) zu führenden Aufstellungen über Kernmaterial betreffende Betriebsvorgänge der Atomaufsicht zuzuleiten. Mit der Auflage 3.4.5 ist die Betreiberin weiterhin verpflichtet, vierteljährlich über die Messergebnisse der Umgebungsüberwachung schriftlich zu berichten. Die Atomaufsicht hat über ein entsprechendes Computerprogramm jederzeit Zugriff auf die Daten des Reaktor­fernüberwachungs­systems (RFÜ) . Das RFÜ ist ein komplexes Mess- und Informationssystem, welches rund um die Uhr Messwerte zum aktuellen Betriebszustand des Forschungsreaktors einschließlich der Abgaben (Emissionen) in die Luft sowie den Radioaktivitätseintrag in die Umgebung (Immission) vollautomatisch erfasst und überwacht. Meteorologische Daten zum Standort des BER II in Wannsee und Messwerte aus dem integrierten Mess- und Informationssystem (IMIS) des BfS werden ebenfalls in das RFÜ übernommen. Das RFÜ bietet zahlreiche Möglichkeiten, die gemessenen Werte auszuwerten, darzustellen und auf die Einhaltung von Grenzwerten und Schutzzielen hin zu überprüfen, und dient somit als Instrument der atomrechtlichen Aufsicht. Die wichtigsten Betriebsparameter des BER II, wie z.B. Reaktorleistung, Temperatur und Füllstand im Reaktorbecken und Dosisleistung in verschiedenen Bereichen sowie Radioaktivität in Fortluft und Abwasser werden im RFÜ online überwacht. Die wichtigsten Daten werden regelmäßig durch die Atomaufsicht kontrolliert und bei Auffälligkeiten erfolgt sofort eine Ursachenermittlung. Damit relevante Vorfälle nicht unbemerkt bleiben, erfolgt bei Erreichen von im System eingestellten Schwellwerten eine automatische Alarmierung der Aufsichtsbehörde. Bezüglich der nuklearen Sicherheit steht die Aufsichtsbehörde im ständigen Austausch zu allen relevanten Aufsichtsthemen mit anderen Bundesländern und dem Bund. Hierfür sorgen die seit Jahrzehnten etablierten Bund-Länder-Gremien des Länderausschusses für Atomkernenergie. In diesen Bund-Länder-Gremien arbeitet sie mit an der Weiterentwicklung und Überarbeitung des kerntechnischen Regelwerks . Darüber hinaus arbeitet die Aufsicht auch mit anderen Mitgliedsstaaten der Europäischen Union z.B. beim Erfahrungsaustausch im Rahmen themenbezogenen technischen Selbstbewertungen (gemäß AtG § 24b [1] Selbstbewertung und internationale Prüfung) zusammen. Weiterführende Informationen zum Länderausschuss für Atomkernenergie

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