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Ressourcenschonender SB-Waschpark

Die Firma FAWA Fahrzeugwaschanlagen GmbH ist seit über 30 Jahren in der Fahrzeugreinigungsbranche tätig. Aktuell betreibt das Unternehmen zwei maschinelle Fahrzeugwaschanlagen im Stadtgebiet der Universitätsstadt Gießen. Beim Betrieb von Autowaschanlagen werden dem Waschwasser verschiedene Stoffe zugefügt, beispielsweise Tenside, Säuren oder Laugen zur Erhöhung der Reinigungsleistung. Außerdem gelangen bedingt durch den Reinigungsprozess selbst organische und anorganische Substanzen in den Wasserkreislauf. In Deutschland wird die Behandlung von Abwässern aus Autowaschanlagen im Rahmen der Abwasserverordnung geregelt. Zudem wird darin zwar auch festgelegt, dass Waschwasser weitestgehend im Kreislauf zu führen ist, allerdings greift diese Regelung nicht für SB-Waschplätze, da es sich hierbei nicht um eine maschinelle, sondern um eine manuelle Fahrzeugreinigung handelt. Standard-SB-Waschplätze haben allgemein folgenden Aufbau: Die Bodenabläufe der SB-Waschplätze enthalten selbst separate Schlamm- und Sandfänge, oder werden über Rohrleitungen in einen zentralen Schlammfang geführt. Danach ist ein Leichtflüssigkeitsabscheider installiert. Das verbrauchte Waschwasser wird dann in die Kanalisation eingeleitet, da die Qualität des Abwassers für eine Kreislaufführung nicht ausreicht. Im Rahmen dieses UIP-Projekts ist ein Kfz-Waschpark mit SB-Waschplätzen geplant, der mit Regenwassernutzung und einer membranbasierten Wasseraufbereitung ausgestattet ist und so fast komplett ohne Frischwasser auskommt. Darüber hinaus wird ein CO 2 -neutraler Betrieb mit Energieversorgung durch PV-Anlage und Energiespeicher sowie eine innovative Wärmerückgewinnung aus dem Betrieb von speziellen SB-Staubsaugern angestrebt. Durch die Realisierung des Vorhabens werden regenerative Energien effizient genutzt, Regenwasser verwendet und der Einsatz von Chemikalien minimiert. Durch Kreisläufe wird Grauwasser wieder zu Nutzwasser. Anfallende Wärme wird in den energetischen Kreislauf eingebunden und minimiert damit den energetischen Aufwand. Die Nutzung von Regenwasser reduziert im Projekt die projizierte notwendige Menge von Frischwasser auf null, wenn Niederschläge, wie in den vergangenen Jahren fallen. Wenn kein Regenwasser zur Verfügung steht, kann die nötige Qualität auch mittels Umkehrosmose erzeugt werden. Das Wasser, welches normalerweise aufgrund seiner hohen Salzfracht ins Stadtnetz eingeleitet werden würde, kann hier einfach zurück in den Entnahmebehälter geleitet werden. Dort vermischt es sich im Betrieb wieder mit dem Osmosewasser und kann so ohne Weiteres erneut aufbereitet werden. Der Bedarf an Osmosewasser beträgt etwa 20 Prozent des Gesamtbedarfs. Die Bereitstellung des Wassers durch die Aufbereitungsanlage folgt einfachen Regeln, welche in der Steuerung über die Zeit in Abhängigkeit vom Nutzungsverhalten, Wetterdaten und damit u.a. dem PV-Strom Aufkommen optimiert werden. Im weiteren Betrieb optimiert sich die Anlage bezüglich genauerer Vorhersagen, was die täglichen Bedarfsmengen betrifft. Gegenüber einer herkömmlichen Anlage werden voraussichtlich mindestens 1.050 Kubikmeter, gegenüber einer effizienten Anlage immer noch ca. 350 Kubikmeter Frischwasser eingespart. Regenwasser hat eine geringere Härte, dadurch und durch eine Erhöhung der Prozesswassertemperatur um ca. 5 Grad Celsius kann eine Reduzierung von bis zu 35 Prozent der schaumbildenden Chemie erreicht werden. Es können ca. 440 Liter Chemikalien eingespart werden. Trotz der 100-prozentigen Einsparung von Frischwasser kann die innovative Anlage mit dem gleichen Energiebedarf wie eine herkömmliche Anlage betrieben werden. Der Gesamtenergiebedarf reduziert sich bei der Projektanlage um ca. 6.800 Kilowattstunden auf 11.503 Kilowattstunden pro Jahr, was einer Reduktion von etwa 40 Prozent gegenüber einer effizienten Anlage entspricht. Besonders an der Anlage ist vor allem die sehr gute Übertragbarkeit der einzelnen Technologien in der Branche. Die Komponenten können fast alle, teilweise in abgewandelter Form, einfach in bereits bestehende SB-Waschanlagen, Portalanlagen und Waschstraßen integriert und nachgerüstet werden. Branche: Grundstücks- und Wohnungswesen und Sonstige Dienstleistungen Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: FAWA Fahrzeugwaschanlagen GmbH Bundesland: Hessen Laufzeit: seit 2023 Status: Laufend

Entwicklung einer Methode zur Verbesserung der Klinkerkühlung und Erhöhung der Energieeffizienz in Zementdrehofenanlagen unter Einsatz von Infrarotkameras

CO2-neutrale Herstellung von Leichtbaukomponenten aus Magnesium, Teilvorhaben: Mag-WIRE

Referenzkraftwerk Lausitz, Teilvorhaben: Systemintegration, Regelung und thermische Konzeptionierung

Das Verbundprojekt Reallabor Referenzkraftwerk Lausitz 'RefLau' besteht aus einem kommerziellen und einem Forschungs- und Entwicklungsteil. Im F&E-Teil forschen das Fraunhofer IEG, die TU Dresden und die BTU Cottbus-Senftenberg an einem innovativen Kraftwerkskonzept, das in der Lage ist, alle Produkte und Dienstleistungen eines heutigen konventionellen, thermischen Kraftwerks zur Verfügung zu stellen. Die Kernkomponenten bestehen aus einer Batterie, einer Brennstoffzelle, einem Superkondensator und einem Elektrolyseur. Neben der Rückverstromung von Wasserstoff werden Systemdienstleistungen wie die Bereitstellung von Blindleistung, Regel- und Momentanreserve sowie von Fehlerstrom demonstriert. Es werden die benötigten Regel- und Steueralgorithmen entwickelt und das Zusammenwirken der Komponenten getestet. Weiterhin werden Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung und -aufwertung untersucht und eine technische Lösung konzipiert. Zur Simulation kritischer Anlagenfahrweisen wird ein Digitaler Zwilling erstellt, der ebenfalls zur Übertragung und Skalierung der Ergebnisse dient. Die Errichtung der Demonstrationsanlage erfolgt am Standort Spremberg im Industriepark Schwarze Pumpe.

Konzeptstudie zur Abwärmenutzung in einem Luftspeicher-Gasturbinenkraftwerk (LGT)

Die Einspeicherung von Druckluft in die Kavernen des LGT muss nahezu isotherm erfolgen. Die dabei anfallende Verdichtungswärme wird bisher in die Umgebung abgegeben. In der Studie werden Möglichkeiten untersucht und bewertet, diese und auch die Turbinenabwärme bei Turbinenbetrieb in Form von Dampf zu speichern. Mit dem gespeicherten Dampf wird beim Ausspeichern ein integrierter Gas-Dampf-Prozess realisiert, mit dem die gespeicherte Energie genutzt werden kann, was zu deutlichen Brennstoffeinsparungen führt.

Geologische und verfahrenstechnische Möglichkeiten der Erdwärmenutzung am Standort der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH)

Für die Medizinische Hochschule Hannover hat das GeothermieZentrum Bochum gemeinsam mit der GeoDienste GmbH (Garbsen) im Zeitraum von August 2007 bis März 2008 eine Vorstudie zur Einbindung der Geothermie in das Energiekonzept des Klinikums erstellt. Im Anschluss an diese Vorstudie wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse erstellt, welche die petrothermale und hydrothermale Versorgung betrachtete. Vorstudie: Die Medizinische Hochschule Hannover (MHH) wird derzeit von den Stadtwerken Hannover mit den Medien Gas, Strom und Fernwärme zur Erzeugung ihrer dreigliedrigen Energieversorgung, bestehend aus Dampf, Raumwärme und Klimakälte, versorgt. Aufgrund der hydrogeologischen Situation am Standort der MHH in Hannover wird eine Einbindung der Geothermie sowohl in den Heizkreislauf (direkte Integration über Wärmetauscher) als auch in den Kälteklimakreislauf (modular betriebene Absorptionskältemaschinen) vorgeschlagen. Ziel der Einbindung ist es konventionelle, preislich fluktuierende und primärenergetisch nachteilige Energieträger, wie in erster Linie elektrischen Strom und nachrangig Fernwärme oder Gas, durch den Einsatz der Geothermie vollständig, oder im Rahmen der Leistungsfähigkeit des geothermischen Reservoirs teilweise, zu ersetzen. Wirtschaftlichkeit, CO2-Bilanz und Versorgungssicherheit stehend dabei im Vordergrund. Die Grundlastfähigkeit der Geothermie wird in der vorgeschlagenen Anlagenkonfiguration vollständig ausgenutzt. Im Bereich der Spitzenlastdeckung spielt die Geothermie daher keine Rolle. Die geothermisch unterstützte Dampferzeugung findet im betrachteten Szenario keinen Eingang. Dies liegt in der internen Wärmerückgewinnung im Dampferzeuger durch den Economizer zur Vorwärmung des Speise- und Verbrauchswassers begründet. Da die Geothermie bei der Dampfherstellung nur einen geringen energetischen Beitrag leisten kann und Investitionen für ihre Anbindung an das Dampferzeugersystem entstehen, wird von der Betrachtung dieser Systeme abgesehen. Übersteigt die Bereitstellung von geothermischer Energie im Heiz- oder Kühlfall die Energienachfrage, lassen sich Pufferspeicher integrieren um diese überschüssig Energie effizient zu speichern. Bei Lastspitzen kann die Energie zurückgewonnen werden. Somit erhöht sich der geothermische Anteil an der Gesamtenergiebereitstellung. Wirtschaftlichkeitsanalyse: Hier wurden 9 verschiedene Szenarien untersucht, welche sich aufgrund ihrer Art (petrothermal / hydrothermal), der Bohrtiefe (4500 / 3000 m), ihrer Schüttung (15-50 l/s), Temperatur (115 / 160 Grad C) oder Bereitstellung (Wärme / Strom+Wärme) unterscheiden. Die höheren Investitionskosten für die petrothermalen Systeme werden durch die höhere Energieausbeute (Schüttung und Temperatur) abgefangen und diese somit wirtschaftlicher als die hydrothermalen Systeme, welche sich in der Amortisationsrechnung nur aufgrund der steigenden Energiepreise nach einigen Jahren rechnen.

Entwicklung und Validierung von geothermischen Modellen und Anlagenkonzepten mit innovativen oberflächennahen Elementen für dynamisch geregelte Wärmepumpensysteme, Teilvorhaben: Vertikalabsorber und Materialoptimierung

Im Projekt lnnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich (inkl. Feuchtetransport und Gefrierprozessen) sowie multimodaler Regenerierung modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. In diesem Teilvorhaben wird von der GeoCollect GmbH untersucht, wie der Einsatz von 100 % Recyclingmaterialien für die kunststoffbasierten Absorber und verbindenden Rohrleitungen ermöglicht werden kann. Neben einer Materialoptimierung von gängigem Polypropylen in Richtung Polyethylen wird die GeoCollect GmbH insbesondere die Eignung und Zertifizierbarkeit von Recycling-Granulaten und daraus hergestellten Komponenten für die Anwendung im Rahmen der oberflächennahen Geothermie untersuchen. Desweiteren werden von der GeoCollect GmbH die Absorberform und die Gesamtgeometrie bezüglich der thermischen Performance und der Langzeitbeständigkeit optimiert. Dabei wird ein besonderes Augenmerk auf die Gesamt-Ökobilanz des Systems gelegt. Entsprechende Optimierungsrechnungen werden in Zusammenarbeit mit dem SIJ der FH Aachen durchgeführt, wobei die C02- Emissionen als Leitparameter der Ökobilanzierung gewählt werden. Zudem führt die GeoCollect GmbH in enger Zusammenarbeit mit dem SIJ und der WKG Energietechnik GmbH die Neuentwicklung eines zwangsdurchströmten Trennwärmetauschers zur Wärmerückgewinnung aus Oberflächen-, Ab- und Grundwasser bis zu einem Funktionsmuster durch. Basis der Neuentwicklung ist der Plattenabsorber der GeoCollect GmbH. Die für die Versuche an der FH Aachen benötigten Kollektor-Elemente und Anschlussmaterialien werden von der GeoCollect GmbH bereitgestellt.

Entwicklung und Validierung von geothermischen Modellen und Anlagenkonzepten mit innovativen oberflächennahen Elementen für dynamisch geregelte Wärmepumpensysteme, Teilvorhaben: Verbesserung des Wärmetransfers aus dem Erdreich

Im Projekt lnnoFlaG sollen neuartige oberflächennahe Wärmetauscherelemente in Kombination mit Latentwärmespeichern, Energiespeichern und Hydraulikmodulen als funktionsfähige Einheit vom Firmenkonsortium entwickelt, getestet und in Wechselwirkung mit dem oberflächennahen Erdreich modelliert werden. Hierbei geht es um erhöhte Planungssicherheit bezüglich der Erträge, aber auch um Schadensvermeidung, denn gerade bei flachen Geo-Kollektoren sind in der Vergangenheit durch Gefrieren des Bodens Schäden entstanden. Ein Herzstück der Neuentwicklung der WKG Energietechnik GmbH ist ein zertifizierter, erdeinbaufähiger, doppelwandiger, wärmegedämmter, skalierbarer und in der Handhabung unkomplizierter Latentwärmespeicher, der gegenüber handelsüblichen Fabrikaten 30 % mehr Leistungskapazität aufweist. Als zusätzliche Komponente wird hierzu auch ein neuartiger Erdwärmemanteltauscher konzipiert, der um die erdeinbaufähige Außenwand des Latentwärmespeichers angebracht wird. Als weitere Komponente zur Optimierung des Gesamtsystems wird von der WKG Energietechnik GmbH zur Leistungsoptimierung über verbesserte Wärmeleiteigenschaften des Bodens und zur Verhinderung starker Geländeveränderungen im Zuge einer möglichen Eisbildung bei zu hohem Wärmeentzug aus dem Boden ein kostengünstiges Be- und Entwässerungssystem entwickelt werden. Zudem übernimmt die WKG Energietechnik GmbH in enger Zusammenarbeit mit dem SIJ und der GeoCollect GmbH die Neuentwicklung eines zwangsdurchströmten Trennwärmetauschers zur Wärmerückgewinnung aus Oberflächen-, Ab- und Grundwasser bis zu einem Funktionsmuster. Eine weitere Neuentwicklung stellt der vertikale WKG-Rohrschlangenabsorber dar, der als Rollenware mäanderförmig im Erdreich ohne Schweißverbindungen verlegt werden kann. Dieses System wird von der WKG Energietechnik GmbH an einem noch festzulegenden Standort eingebaut und getestet.

Weiterentwicklung und Erprobung eines Hochtemperaturwärmespeichers mit innovativer Füllkörpertechnologie und Luft als Wärmeträger in der Keramikindustrie

Im Projekt LuftBlock soll die Hochtemperatur-Wärmespeicherlösung der Firma Kraftblock weiterentwickelt und bei hohen Temperaturen mit gasförmigem Wärmeträger bei der Firma Comet in industriellem Maßstab demonstriert werden. Damit wird einerseits die Rückgewinnung einer großen Menge gespeicherter Wärme für einen Batch-Prozess, und andererseits gleichzeitig die damit verbundene Möglichkeit der kosteneffizienten Teilelektrifizierung eines Gasheizprozesses in der Anwendung realisiert. Herausforderungen, die dabei im Projekt adressiert werden, sind: - Direkte Nutzung der Abluft aus industriellen Prozessen, die u.U. mit Stäuben oder Kondensaten beaufschlagt ist - Verständnis der plastischen Verformung der Speicherwände in Schüttgutspeichern durch zyklische thermische Belastung. Ableitung von Auslegungsregeln zur Vermeidung von Materialversagen bei gleichzeitigen Materialeinsparungen - Optimale Integration in den bestehenden Prozess im Bezug auf Auslegung/Dimensionierung der einzelnen Komponenten und Betriebsführung des Speichers Ziel des geplanten Vorhabens ist es daher, Hindernisse zu überwinden, die bisher eine breite kommerzielle Einführung von Schüttgutspeichern verhindert haben oder kostentreibende Konstruktionslösungen und Überdimensionierungen erforderlich machten.

Weiterentwicklung und Erprobung eines Hochtemperaturwärmespeichers mit innovativer Füllkörpertechnologie und Luft als Wärmeträger in der Keramikindustrie, Teilvorhaben: Entwicklung des Filterspeichermaterials, Implementierung und Analyse der Eigenschaften in einem Demonstrator

Im Projekt LuftBlock soll die Hochtemperatur-Wärmespeicherlösung der Firma Kraftblock weiterentwickelt und bei hohen Temperaturen mit gasförmigem Wärmeträger bei der Firma Comet in industriellem Maßstab demonstriert werden. Damit wird einerseits die Rückgewinnung einer großen Menge gespeicherter Wärme für einen Batch-Prozess, und andererseits gleichzeitig die damit verbundene Möglichkeit der kosteneffizienten Teilelektrifizierung eines Gasheizprozesses in der Anwendung realisiert. Herausforderungen, die dabei im Projekt adressiert werden, sind: - Direkte Nutzung der Abluft aus industriellen Prozessen, die u.U. mit Stäuben oder Kondensaten beaufschlagt ist - Verständnis der plastischen Verformung der Speicherwände in Schüttgutspeichern durch zyklische thermische Belastung. Ableitung von Auslegungsregeln zur Vermeidung von Materialversagen bei gleichzeitigen Materialeinsparungen - Optimale Integration in den bestehenden Prozess im Bezug auf Auslegung/Dimensionierung der einzelnen Komponenten und Betriebsführung des Speichers Ziel des geplanten Vorhabens ist es daher, Hindernisse zu überwinden, die bisher eine breite kommerzielle Einführung von Schüttgutspeichern verhindert haben oder kostentreibende Konstruktionslösungen und Überdimensionierungen erforderlich machten.

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