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Impact of elevated nitrogen inut on the biogeochemistry and productivity of tropical forests (NITROF) - Effects of enhanced N deposition on productivity and structure of a tropical montane rainforest in Panama

Nitrogen deposition in tropical areas is projected to increase rapidly in the next decades due to increase in N fertilizer use, fossil fuel consumption and biomass burning. As tropical forest ecosystems cover about 17 percent of the land surface and are responsible for about 40 percent of net primary production, even small changes in N (and consequently C) cycling can have global consequences. Until now studies an consequences of enhanced N input in tropical forest ecosystems have been very limited and even very rarely addressed its deleterious effects to the environment. There is undoubtedly a huge discrepancy between the expected increase in N deposition in the tropics and the present knowledge an how tropical forest ecosystems will react to this extra input of reactive N. Our research aims at quantifying the changes in processes of N retention (plant growth, biotic and abiotic N immobilization in the soil) and losses (gaseous N losses, nitrification, denitrification, leaching of different forms of dissolved N). Implementation of policy and management tools, like the international trading of carbon credits under the Kyoto Protocol, need researches that allow us to better understand the consequences of environmental change (N deposition) an forest productivity. Our research will have important implications for predicting future responses of forest C cycle to changes in N deposition, and for the role of N deposition in tropical forests to affect potential feedback mechanisms of CO2 fertilization and climate change.

Verfahren zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Aerosolen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomassen und Abfaellen

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von Verfahrenskonzepten zur kostenguenstigen Vermeidung und Verminderung von Feinstpartikeln und Schadgasen in Prozessen zur energetischen Nutzung von Biomasse und Abfaellen. Das Vorhaben umfasst sowohl die Vermeidung der Aerosolbildung beim Verbrennungsprozess als auch die Verminderung von Schadstoffemissionen bei der Abgasreinigung. Im ersten Teil werden die Bildungs- und Umwandlungsmechanismen von Feinstpartikeln in Laborversuchen zur Verbrennung und Gasreinigung untersucht. Auf der Basis der experimentellen Daten werden bereits vorhandene Rechenmodelle weiterentwickelt. Diese Ergebnisse dienen zur Definition des optimalen Verfahrenskonzeptes, dessen wesentliche Schritte (Verbrennungsprozess und Aerosolabscheidung) im zweiten Teil des Vorhabens im Pilotmassstab an einer Holzfeuerungsanlage und einer Abfallverbrennungsanlage getestet werden. Unter Beruecksichtigung der Ergebnisse der anwendungsnahen Verfahrenstests werden die Rechenmodelle optimiert und die experimentellen Ergebnisse nachgerechnet. Die validierten Rechenmodelle dienen nach Abschluss des Vorhabens Anlagenbaufirmen zur Auslegung und zur Konstruktion der optimalen Verfahren zur Vermeidung und Verminderung von Aerosolen bei der energetischen Nutzung von Biomasse und Abfall.

Prozessentwicklung und Skalierung der O2-Abtrennung mittels OSM

Biomassebefeuertes Heizkraftwerk Warendorf

Holz, einschließlich Altholz, kommt eine wichtige Rolle als erneuerbarer Energieträger zu. Die energetische Nutzung von Biomasse kann wichtige Beiträge zur nachhaltigen Energieversorgung und zum Klimaschutz liefern. In Deutschland werden zur Zeit jährlich ca. 5 Mio. t Altholz ohne weitere stoffliche oder energetische Nutzung deponiert, rund 2 Mio. t werden exportiert. Es werden daher aus heutiger Sicht zusätzliche Kapazitäten zur energetischen Nutzung von Altholz benötigt. Hinzu kommt, dass nach Auslaufen der Übergangsregeln der TA Siedlungsabfall im Jahr 2005 die Deponierung von Altholz nicht mehr gestattet sein wird. Die Bio-Energiewerk Warendorf (BEW) GmbH & Co. KG beabsichtigt, regional anfallendes Aufkommen an unzerkleinertem Industrierestholz und Strauchschnitt in einem neu zu errichtenden 13 MW-Biomasse-Heizkraftwerk energetisch zu verwerten. Das emissionsseitig und energetisch optimierte Heizkraftwerk soll in einem Energieverbund mit dem ortsansässigen Industriebetrieb Warendorfer Hartsteinwerke, einer noch zu errichtenden Klärschlamm- und Strauchschnitttrocknungsanlage und der örtlichen, kommunalen Kläranlage betrieben werden. Das Biomasse-Heizkraftwerk wird die Warendorfer Hartsteinwerke mit Prozesswärme und Strom, die Kläranlage mit Strom und die Trocknungsanlage mit Niedertemperaturwärme versorgen. Überschussstrom wird in das öffentlich Stromnetz eingespeist. Zur Vermeidung von Geruchsemissionen wird die Abluft der Trocknungsanlage im Heizkraftwerk als vorgewärmte Verbrennungsluft genutzt. Der in der Trocknungsanlage behandelte Strauchschnitt wird im Heizkraftwerk als Brennstoff eingesetzt, der getrocknete Klärschlamm wird an das örtliche Klärwerk zurückgeführt und extern verbrannt. Durch die energetische Verwertung von jährlich 27.000 t Industrierestholz und 3.000 t Strauchschnitt in der geplanten, dezentralen Anlage zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung sollen ca. 88 Mio. kWh/a fossile Energieträger substituiert und pro Jahr ca. 40.000 t CO2-, 10 t Staub-, 213 t SO2-, 85 t NOx- und 33 t CO-Emissionen vermieden werden. Das Vorhaben wird einen wichtigen Beitrag zur Gestaltung einer nachhaltigen Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien leisten. Zudem trägt das Projekt zur Verminderung von Treibhausgasemissionen bei. Dabei ist insbesondere auf den vorgesehenen Energieverbund im Sinne einer kooperativen Kraft-Wärme-Wirtschaft hinzuweisen. Das Vorhaben wird durch ein umfangreiches Messprogramm begleitet und somit Erkenntnisse liefern, wie Altholz in feuerungs- und emissionsseitig optimierten, dezentralen Holzheizkraftwerken zur Strom- und Wärmeerzeugung im Verbund mit anderen Anlage genutzt werden kann und mit welcher Wirtschaftlichkeit dies machbar ist.

Experimentelle Untersuchung einer Anlage zur integrierten Pyrolyse und Verbrennung von Biomasse

Hauptproblematik bei der Umsetzung von Vergasungsverfahren für Biomassen stellen nach wie vor die im Produktgas enthaltenen höheren Kohlenwasserstoffe dar. Ziel der Entwicklung des IPV-Verfahrens ist es, ein preisgünstiges Verfahren zur energetischen und rohstofflichen Nutzung von Biomassen und biogenen Reststoffen zu entwickeln, das die Vorbehandlung auf ein Minimum reduziert, ein hochwertiges, nicht mit Inertgasen verdünntes Produktgas erzeugt, dabei mit möglichst einfacher Anlagentechnik robust ist und eine hohe Verfügbarkeit aufweist. Das Verfahren beinhaltet die Kopplung eines Pyrolyse- und eines Verbrennungsprozesses. Das entstehende weitgehend teerfreie Synthesegas kann rohstofflich oder energetisch verwendet werden.

Technologielösungen für hocheffiziente zero-emission H2-Motoren für KWK-Anwendungen, Teilvorhaben: Simulative und experimentelle Analyse und Optimierung von Gemischbildung und Verbrennung

Im Vergleich zu erdgasbetriebenen Aggregaten können mit baugleichen Wasserstoffmotoren bisher nur geringere spezifische Leistungen erbracht werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Systems verringert, sodass die Technologie noch nicht als wirtschaftliche Alternative zu Erdgassystemen in Frage kommt. Im vorliegenden Teilvorhaben soll eine Erhöhung der spezifischen Leistung mittels aufwendiger messtechnischer sowie simulativer Methoden erreicht werden. Auf Basis der optischen Analyse von Gemischbildung und Verbrennung im aktuellen Entwicklungsstand des H2-BHKW von 2G soll durch numerische Strömungssimulation (CFD, computational fluid dynamics) ein optimiertes Brennraumdesign sowie eine optimierte Form der Brenngaseinbringung gefunden und am Prüfstand umgesetzt und validiert werden. Bei erfolgreicher Leistungs- und Effizienzerhöhung können die gewonnenen Erkenntnisse durch 2G in den nächsten Modellgenerationen übernommen und somit wirtschaftlich verwertet werden.

Turbomaschinen für die Transformation in das integrierte Energiesystem der Zukunft, Teilvorhaben: 4.5a

Laboranlage zur energieeffizienten Sauerstoff-Abtrennung mittels OSM-Pellets und Wasserdampfzirkulation

Entwicklung einer Mikro-Hybrid-Gas/ORC-Turbine, Teilvorhaben: Koordination und Entwicklungsunterstützung

Entwicklung eines Hybridmotors zwecks verminderter Abgasemission

Entwicklung neuer Verbrennungsverfahren mit geringem Schadstoffausstoss; Optimierung des Kraftstoffverbrauchs beim Wirbelkammer-Hybridmotor; Untersuchung des Verbrennungsablaufs in der Wirbelkammer durch Probenentnahme; Wirbelkammer als Vergasungszone; Kraftstoffuntersuchung hinsichtlich Schadstoffemission; Ergebnis: wesentliche Verbesserung durch Verwendung von Aethanol oder Methanol als Kraftstoff; Leistungssteigerung durch Aufladung.

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