Die Fluessig-Membran-Permeation bietet die Moeglichkeit, Metalle aus waessrigen Loesungen zu entfernen; giftige und schaedliche Metalle koennen mit diesem neuen Verfahren aus Abwaessern abgetrennt werden, wertvolle koennen daraus oekonomisch gewonnen werden. Basis fuer die Forschungsarbeiten sind Vorgaengerprojekte und eine Pilotanlage in der Chemiefaser Lenzing AG. Folgende vier Hauptschwerpunkte umfasst das Forschungsprojekt: Entwicklung eines kontinuierlichen Permeators; Erstellung von Berechnungsgrundlagen fuer den gesamten Permeationsprozess; Entwicklung geeigneter elektrischer Emulsionsspaltanlagen; Untersuchung der Einfluesse saemtlicher Parameter im Permeationsprozess und Optimierung des Prozesses.
Das Fracking-Verfahren zur Förderung fossiler Rohstoffe aus unkonventionellen Lagerstätten führt zu einer starken Dynamik im Rohstoffmarkt. Die für die Kunststoffindustrie bedeutende Grundchemikalie Propen kann aus Schiefergasen nicht in einer ausreichenden Menge hergestellt werden. Eine Erhöhung der Menge an Propen kann durch die wirtschaftsorientierte Anpassung des klassischen Fluid Catalytic Crackings (FCC) realisiert werden. Der Einsatz eines ZSM-5-haltigen Katalysatoradditivs führt zu einer Selektivitätsverbesserung und höheren Rohstoffeffizienz aber auch gleichzeitig zu einer Verschlechterung von Standzeit und Regenerierbarkeit der verwendeten Katalysatoren. Aus dieser Problemstellung ergibt sich der Bedarf an innovativen Katalysatoren oder Katalysatoradditiven über Synthese, Post-Synthese und Katalysatorformgebung. Das Ziel des Projektes ist die nachhaltige und anwendungsorientierte Entwicklung einer einfach und reproduzierbar durchführbaren Gesamtstrategie hin zu ZSM-5-haltigen Katalysatoradditiven und Zeolith Y - haltigen Crackkatalysatoren im internationalen Verbund. Dabei sollen neben herkömmlichen Einsatzstoffen besonders in Vietnam verfügbare Silizium- und Aluminium-haltige Rohstoffquellen sowie recycelte Komponenten (gebrauchte Katalysatoren) herangezogen werden. Die neuen Katalysatoren sind anschließend den Herausforderungen des FCC-Prozesses, des steigenden Propenbedarfs und des Ressourcenwechsels zu leichteren fossilen und biogenen Rohstoffen auch in der technischen Anwendung gewachsen. Das Projekt umfasst 4 Arbeitspakete (AP) zur Erreichung der abgesteckten Ziele: AP 1 Synthese von Aktivkomponenten AP 2 Formulierung technischer Katalysatoren AP 3 Postsynthetische Modifikationen AP 4 Analytik, katalytische Austestung und Bewertung Dabei bauen die Arbeitspakete logisch aufeinander auf, verlaufen jedoch chronologisch parallel über die gesamte Projektdauer. Die einzelnen Teilaufgaben umfassen dabei Forschungs-, Up-Scaling- und Anwendungsbereiche.
Die Betonwerk Brilon GmbH & Co. KG produziert und vertreibt Betonwaren. Nach dem Stand der Technik werden Betonelemente, die zur Nachbearbeitung mittels Spalten vorgesehen sind, in einer Trockenkammer ca. einen Tag lang erhärtet und anschließend zu Paketen gestapelt (Paketierung). So verbleiben sie bis zu zwei Wochen auf dem Lagerplatz. Erst dann hat der Betonkörper eine solche Festigkeit ausgebildet, dass er in einer Spaltanlage mechanisch bearbeitet werden kann. Dazu werden die Betonelemente wieder ausgepackt, entstapelt und einzeln der Spaltanlage zugeführt. Nach dem Spaltprozess sind die Einzelsteine erneut zu Lagen zusammenzuführen, zu verpacken und einzulagern. Ziel des Vorhabens ist es, Betonhohlsteine in einer neuartigen vollintegrierten Spaltanlage wesentlich ressourcenschonender und zeiteffizienter herzustellen. Die neue Anlage besteht u.a. aus einer klimatisierten Erhärtungskammer, der eigentlichen Spaltanlage und zwei Paketiergeräten. Die Innovation des Vorhabens besteht darin, die Steine ohne ineffiziente Auslagerungsprozesse in einem Kreislaufsystem herzustellen. Die neue Erhärtungskammer sorgt dafür, dass der Vorgang des Aushärtens von zwei Wochen auf rund zwei Tage verkürzt wird. Außerdem entfallen die umfangreichen Zwischenverpackungen sowie die mit der Auslagerung verbundenen, betriebsinternen Transportwege. Die ausgehärteten Betonsteine können nun direkt der Spaltanlage zugeführt werden. Die dafür eingesetzte Prozessteuerung sorgt für eine verbesserte Prozessgleichheit und erlaubt dünnere Wandstärken der Betonsteine. Mit dem Vorhaben können jährlich mehr als 180 Tonnen Rohmaterial eingespart werden. Zusätzlich können durch den Wegfall der Verpackungen über 1.500 Abdeckhauben, 4.600 Zwischenlagen aus Folien und 34.000 Laufmeter Kunststoffband eingespart werden. Der Energiebedarf reduziert sich jährlich um mehr als 2.000 Kilowattstunden. Daraus ergibt sich eine CO2-Minderung von bis zu 1.235 Kilogramm pro Jahr.
Das bei der Emulsionsspaltung anfallende Abwasser enthaelt neben Resten von stabil emulgierten Mineraloelen auch verschiedene Verunreinigungen sowie Rueckstaende aus dem Emulsionsspaltprozess. Durch biologische Behandlung konnten ca. 70 Prozent der organischen Fracht abgebaut werden. Durch Einsatz von Pulverkohle wurde der Abbaugrad sogar auf ueber 90 Prozent erhoeht. Eine Moeglichkeit zur Eliminierung der verbleibenden Restkonzentration ist die chemische Nassoxidation mittels H2O2 oder Ozon unter UV-Bestrahlung. Da die partielle chemische Oxidation die biologische Abbaubarkeit nachhaltig verbessert, ist durch Kombination von biologischer und chemischer Behandlung eine deutliche Minderung der aparativen und energetischen Aufwendungen moeglich.
Um für die Praxis aussagekräftige Sortenbeschreibungen zu erstellen, sind umfassende und koordinierte Sortenprüfungen erforderlich. Es sollen standortbezogene Sortenempfehlungen erarbeitet werden. Eine Ableitung realistischer Ertragserwartungen für die Wirtschaftlichkeitsprüfung gegenüber anderen Kulturen wird angestrebt. Die Sorten sollen auf ihre Ertragsleistung und das Abreifeverhalten, sowie anhand von Inhaltsstoffanalysen auch bezüglich Gasausbeute beurteilt werden. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erarbeiten, müssen die Sortenversuche auf unterschiedlichen Standorten und unter differenzierten klimatischen Verhältnissen geprüft werden. Insgesamt werden in den Bundesländern Mecklenburg-Vorpommern, Brandenburg, Niedersachsen, Sachsen, Sachsen-Anhalt, Thüringen und Bayern entsprechende Versuche angelegt. Hierbei werden die Hirsen vorab in zwei Reifegruppen eingeteilt. Zusätzlich werden zwei Maissorten als Referenz in die Versuche integriert. Um die Ansprüche an unterschiedlich optimale Bestandesdichten zu berücksichtigen, werden die Sorghum Bicolor und Sorghum Bicolor x Sorghum sudanense Sorten mit 20 bzw. 40 Pflanzen /m2 bestellt. Die unterschiedlichen Sorghumtypen werden auf einen Reihenabstand von ca. 25 cm gedrillt, um auf diese Weise eine günstige Standraumverteilung zu gewährleisten. Bei der Anlage handelt es sich um eine randomisierte Spaltanlage, wobei im Großteilstück die Fruchtart bzw. Reifegruppe und im Kleinteilstück die Sorten randomisiert sind.
Im Frühjahr 2003 startete am CUTEC-Institut der Aufbau einer Anlage zur thermochemischen Konversion von Biomasse mit folgender Synthesegasreinigung. Aufgabe sollte die Produktion eines reinen Gases als Input für eine anzuschließende Fischer-Tropsch-Synthese (Abk.: FTS) sein. Die FTS stellt ein Rohprodukt her, welches alle wesentlichen Komponenten des Kraftstoffes Diesel enthält und der daher in einer weiteren Aufarbeitung gewonnen werden kann. Die Anforderungen des Niedersächsischen Umweltministeriums als Auftraggeber des zugehörigen Vorhabens lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1. Die Vergasungseinheit muss robust sein, um sowohl eine breite Palette an Biomasse als auch Klärschlamm verarbeiten zu können. 2. Zumindest die Vergasungseinheit sollte auf hohe Maßstäbe Scale-Up-fähig sein. 3. Die Abgasreinigung sollte einfach gestaltet sein, um die Kosten zunächst gering zu halten und erst einmal die prinzipielle Funktionsfähigkeit der Linie nachzuweisen. 4. Das Projekt sollte den Grundstein für weitere Projekte, auch auf europäischer Ebene, bilden. Zwischenzeitlich konnten alle wesentlichen Ziele erreicht werden. Die Robustheit der ausgeführten Vergasungseinheit ist unbestritten, ihr Scale-Up ist durchführbar. Die Funktionsfähigkeit der Linie konnte mit der Produktion von FTS-Rohprodukt seit Juli '05 nachgewiesen werden. Die Aufnahme in ein bedeutendes europäisches Projekt gelang, weitere nationale Arbeiten folgten bzw. sind in Vorbereitung. Einige der derzeit im Technikum erfolgreich betriebenen Verfahrensstufen sind für die Umsetzung in den großtechnischen Maßstab nur bedingt geeignet. Beispielsweise arbeitet die Feinreinigungsstufe zwar sehr effizient, jedoch würden bei einer größeren Anlage nicht unerhebliche Abfallströme an irreversibel verunreinigten Sorbentien entstehen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit durch Abtrennen von Kohlendioxid (C02), welches bei der Vergasung zwangsläufig entsteht, die Effizienz der nachfolgenden Syntheseanlage (z.B. Fischer-Tropsch-Kraftstoff oder Methan) signifikant zu steigern. Aufbauend auf und den damit verbundenen Zuarbeiten und Stellungnahmen von Anlagenbauern soll die Technikumsanlage auf einen Stand gebracht werden, der a) die Produktion eines reinen Synthesegases ermöglicht und b) die Sammlung von Erfahrungen sowie die Weiterentwicklung/Anpassung der Aggregate an diese spezielle Aufgabenstellung zwecks Dimensionierung großtechnischer Anlagen ermöglicht. Dazu sollen sowohl Modifizierungen bestehender Verfahrensschritte (Heißgasfilter, RME-Wäscher, Hydrocracker) als auch grundlegende Erweiterungen (Wassergas-Shift-Reaktor, COS-Hydrolyse, Oxidative Wäsche, Selexol-Wäsche) durchgeführt werden. Primäres Ziel ist es, im folgenden Betrieb im Rahmen der gesamten Kette die Optimierung der Aggregate durchzuführen und eine Basis für großtechnische Anlagen liefern zu können. usw.
In der metallverarbeitenden Industrie fallen Emulsionen an, die intern oder in Entsorgungsunternehmen chemisch gespalten werden. Ziel des Teilvorhabens ist die Bewertung des neuartigen Verfahrens im Vergleich zu konventionellen Spaltverfahren und die betriebliche Erprobung des entwickelten Mikrowellentechnikumsreaktors. Folgende Arbeitsschritte sind vorgesehen: Konkretisierung der Projektziele; Erfassung der Ist-Situation; Vergleich der Mikrowellenspaltung mit der chemischen und mechanischen Emulsionsspaltung; Erprobung der Mikrowellenspaltung in Betriebsversuchen im Bypass zu zwei betrieblichen Emulsionsspaltanlagen; Erstellung eines allgemeingültigen Verfahrenskonzeptes; Dokumentation und Ergebnistransfer. Die Ergebnisse des Teilvorhabens belegen die Verfahrenseffizienz sowie die betriebliche Anwendbarkeit der Emulsionsspaltung im Mikrowellenreaktor. Bei den zu erwartenden positiven Ergebnissen ist eine branchenübergeifende Umsetzung in verschiedene Industriezweige wie Automobilzuliefer- und Entsorgungsindustrie an weiteren Spaltanlagen möglich. Der bei Zimmermann betriebene Mikrowellenreaktor dient als Referenzanlage für weitere potentielle betriebliche Anwendungen.
In der metallverarbeitenden Industrie fallen Emulsionen, an die intern oder in Entsorgungsunternehmen chemisch gespalten werden. Ziel des Teilvorhabens ist die Charakterisierung unterschiedlicher Emulsionen sowie die Entwicklung und der Bau eines Mikrowellenlabor- und -technikumsreaktors. Folgende Arbeitschritte sind vorgesehen: Konkretisierung der Projektziele; Charakterisierung der dielektrischen Eigenschaften verschiedener Emulsionen; Entwicklung und Bau des Mikrowellenlabor- und -technikumsreaktors; Erstellung eines allgemeingültigen Verfahrenskonzeptes zur Emulsionsspaltung im Mikrowellenreaktor; Dokumentation und Ergebnistransfer. Die Ergebnisse des Teilvorhabens liefern die Grundlage zur Charakterisierung unterschiedlicher Emulsionen und Emulsionszusammensetzungen. Durch die Publikation in Fachgremien werden die Ergebnisse branchenübergreifend zugänglich. Hierdurch werden neue Unterschungsfelder in z.B. den Bereichen der chemischen und Lebensmittelindustrie eröffnet.
Mit dem Entwicklungsvorhaben 'Technische und wirtschaftliche Optimierung der Vergasung von Holz in der zirkulierenden Wirbelschicht, bei den es sich um die Fortfuehrung zweier mehrjaehriger Vorhaben (FKZ 94NR140-F und FKZ 98N075) handelt, soll in direktem Anschluss eine sowohl technische als auch wirtschaftliche abschliessende Optimierung des Anlagenkonzeptes der Biomassevergasung mit gasmotorischer Stromerzeugung erfolgen, um so den Erfolg des Gesamtkonzeptes zu sichern. Im Rahmen von Versuchen wurde das Anlagenkonzept im Pilotmassstab erfolgreich erprobt und die Versuchsanlage ueber Zeitraeume von bis zu 160 h kontinuierlich betrieben. Die trockene Gasbehandlung mit katalytischer Reformerstufe zur Teerspaltung fuehrt dabei zu einer konkurrenzfaehigen technischen Loesung des Teerproblems. Entwicklungsgegenstand ist die dauerbetriebstaugliche Erzeugung einer fuer den Einsatz in Gasmotoren ausreichend guten Produktgasqualitaet unter besonderer Beruecksichtigung des Dauerbetriebs der Katalysatoreinheit. Planungsfehler bei kuenftigen Anlagen und dadurch resultierende Ausfaelle einer ersten Demonstrationsanlage sollen dadurch vermindert werden. Die Erfolgsaussichten dieser ressourcenschonenden Technik werden dadurch erheblich verbessert. Ziel ist es, ein Verfahren zur Marktreife zu bringen, auf dessen Grundlage wirtschaftlich arbeitende Anlagen zur Verwertung von verfuegbarem, bisher ungenutztem Waldrestholz und vergleichbarer Biomasse errichtet werden koennen.
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