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Schwerpunktprogramm (SPP) 1294: Bereich Infrastruktur - Atmospheric and Earth system research with the 'High Altitude and Long Range Research Aircraft' (HALO), Chemische Zusammensetzung und zeitliche Veränderung von leicht flüchtigen organischen Verbindungen im Luftaustrag großer Bevölkerungszentren während EMeRGe (Chocolate)

Verbessertes Verständnis der Emissionen von leichten flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und deren genaue Zusammensetzung aus großen Populationszentren sowie deren chemische Veränderung windabwärts. Dies beinhaltet die Messung möglichst vieler VOCs mit unterschiedlichen Eigenschaften wie chemische Lebensdauern, chemische Eigenschaften (z.B. unterschiedliche Abbauprozesse wie z.B. Reaktion mit OH, NO3, O3, Photolyse), Wasserlöslichkeit (Auswaschung und/oder trockene Deposition), Dampfdruck (auswirkend auf Bildung und Wachstum von organischen Aerosolen). Eine wichtige Frage ist diesbezüglich die Rolle von biogenen Emissionen in asiatischen Megastädten. Die gesammelten Daten sollen mit Simulationen des neuen Klimamodells ICON-ART in Kollaboration mit der Modellgruppe des IMK (Institut für Meteorologie und Klimaforschung) verglichen werden. Hierbei geht es darum Schwachstellen in den verwendeten Emissionsdaten und der chemischen Prozessierung entlang der Transportpfade aufzudecken. Des Weiteren können hier auch die Wechselwirkungen mit organischen Aerosolen sowie Mischungs- und Verdünnungsprozesse mit Hintergrundluftmassen untersucht werden.Ausserdem sollen die Quelltypen und deren Aufteilung von europäischen und asiatischen Megastädten identifizert und quantifiziert werden. Unterschiede diesbezüglich werden erwartet und wurden bereits identifiziert (Guttikunda, 2005; von Schneidemesser et al., 2010; Borbon et al., 2013), z.B. aufgrund von unterschiedlichen Treibstoffen, PKW und LKW - Typen / Alter, Abfall-Zusammensetzungen / Management, Energieerzeugung, etc. Zum Beispiel ist Acetonitril ein verlässlicher Marker für Biomassenverbrennung und es wird vermutet, dass dessen Bedeutung in Asien wesentlich größer ist als in Europa. Eine weitere Frage ist, ob die photochemische Ozonbildung windabwärts von Megastädten durch NOx oder durch VOCs limitiert ist und wie verändert sich dies entlang der Transportpfade bzw. mit dem Alter der Luftmasse. Gibt es diesbezüglich allgemeine Unterschiede zwischen asiatischen und europäischen Megastädten und wie ist der Einfluss biogener Emissionen?

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.

Sentinel-5P TROPOMI – Aerosol Layer Height (ALH), Level 3 – Global

Aerosols are an indicator for episodic aerosol plumes from dust outbreaks, volcanic ash, and biomass burning. Daily observations are binned onto a regular latitude-longitude grid. The Aerosol layer height is provided in kilometres. The TROPOMI instrument onboard the Copernicus SENTINEL-5 Precursor satellite is a nadir-viewing, imaging spectrometer that provides global measurements of atmospheric properties and constituents on a daily basis. It is contributing to monitoring air quality and climate, providing critical information to services and decision makers. The instrument uses passive remote sensing techniques by measuring the top of atmosphere solar radiation reflected by and radiated from the earth and its atmosphere. The four spectrometers of TROPOMI cover the ultraviolet (UV), visible (VIS), Near Infra-Red (NIR) and Short Wavelength Infra-Red (SWIR) domains of the electromagnetic spectrum. The operational trace gas products generated at DLR on behave ESA are: Ozone (O3), Nitrogen Dioxide (NO2), Sulfur Dioxide (SO2), Formaldehyde (HCHO), Carbon Monoxide (CO) and Methane (CH4), together with clouds and aerosol properties. This product is created in the scope of the project INPULS. It develops (a) innovative retrieval algorithms and processors for the generation of value-added products from the atmospheric Copernicus missions Sentinel-5 Precursor, Sentinel-4, and Sentinel-5, (b) cloud-based (re)processing systems, (c) improved data discovery and access technologies as well as server-side analytics for the users, and (d) data visualization services.

Entwicklung einer Mikro-Hybrid-Gas/ORC-Turbine, Teilvorhaben: Entwicklung faserverstärkter keramischer Komponenten

Vergasungs- und Verbrennungsversuche mit Schredderleichtstoffen in einem Vorschubrost

Mechanisch-biologische Behandlung von Klaerschlamm

In Deutschland werden nach Ausbau der Abwasserreinigungsanlagen etwa 80 Mio t Klaerschlamm mit 4 Mio t Trockenmasse pro Jahr anfallen. Dabei ist besonders die Behandlung von Ueberschussschlamm wegen des hohen Anteils intrazellulaeren Wassers schwierig. Ein neuer Ansatz zur Verbesserung der Entwaesserbarkeit von Ueberschussschlamm bietet das kombinierte Verfahren aus mechanischem Zellaufschluss mit anschliessender Belueftung. Bleibt dabei ein definierter Anteil der Mikroorganismen unbeschaedigt, kann das freigesetzte Zellplasma schnell und selbstgaengig veratmet werden. Die Entwaesserbarkeit wird entscheidend verbessert und eine weitergehende Behandlung des Schlamms kostenguenstiger. Aus den bisherigen Untersuchungen im Labormassstab folgt: Die Rueckbelastung auf die Klaeranlage ist kleiner als 2 Prozent der Gesamtbelastung. Daher koennen auch bestehende Anlagen nachgeruestet werden. Die Stabilisierungszeit fuer eine landwirtschaftliche Verwertung wird verkuerzt. Durch hoehere Trockenrueckstandsgehalte wird eine Verbrennung wirtschaftlicher.

Sources de micro-polluants dans l'environnement (FRA)

Origine de la presence de polluants chimiques organiques prioritaires dans les dechets solides et les eaux usees. Role du traitement des eaux, de l'utilisation des boues d'epuration en agriculture et de l'incineration des ordures menageres sur l'impact de ces polluants sur les ecosystemes terrestres et aquatiques. Les principaux polluants etudies sont: les polychlorobiphenyles (PCB), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH), les tensio-actifs (nonyl-phenol et LAS), les organoetains, les esters phosphoriques et les chloro- et nitro-phenols. (FRA)

Demonstration der emissionsarmen direkten H2-Verbrennung in Turbinen (für stationäre und mobile Anwendungen), Teilvorhaben: Prinzipversuche H2-Verbrennung

Das Teilprojekt 'Prinzipversuche H2-Verbrennung', das in das zugehörige Verbundprojekt H2_TURB eingebettet ist, hat das Ziel zur Entwicklung von flugantriebstauglichen H2-Brennerkonzepten anhand von Prinzipversuchen bei atmosphärischen Drücken am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beizutragen. Bei Fluggasturbinen ist in besonderem Maße die Stabilität und Sicherheit in einem weiten und transienten Betriebsbereich sicherzustellen. Zudem wird ein möglichst kompakter Aufbau des Verbrennungssystems angestrebt. Der Stabilitätsbereich und die Stickoxidemissionen von flugantriebstauglichen H2-Brennerkonfigurationen sollen sowohl für typische RQL-Brennkammern (Rich-Quench-Lean) als auch für magere Brennerkonzepte mit optimiertem Vormischgrad experimentell bestimmt werden. Relevante Phänomene wie insbesondere die Position der Flamme im Quench-Modul und im Düsennahbereich (für fette und magere Bedingungen) werden mittels unter anderem laseroptischen Messverfahren detailliert analysiert. Die detaillierten Messdaten des Teilprojektes werden im Rahmen des zugehörigen Verbundprojektes genutzt, um Defizite im aktuellen Modellierungsansatz zu identifizieren und Möglichkeiten der Verbesserung hinsichtlich der Vorhersagequalität zu untersuchen. Anhand der grundlegenden Ergebnisse werden Modifikationen identifiziert, um ein emissionsarmes Brennerkonzept für Wasserstoff mit insbesondere dem Fokus auf den Retrofit bestehender Flugtriebwerke zu realisieren. Durch die Untersuchung der hier vorgeschlagenen Konzepte entsteht ein besseres Verständnis für die Nutzung von Wasserstoff in Gasturbinen - für stationäre und mobile Anwendungen. Dies erweitert die bisherigen Erfahrungen im Bereich der Wasserstoffnutzung in stationären Gasturbinen und bietet die Chance Synergien zu nutzen und dadurch die Entwicklung zu beschleunigen.

Bildung und Abbau von Schadstoffen in der Naehe einer kalten Wand waehrend eines Verbrennungsprozesses

Die Schadstoffentstehung von NO und CO im Bereich der kalten Zylinderwand waehrend der Expansion in einem Kolbenmotor soll durch Simulation des Verbrennungsprozesses in einem Stosswellenrohr untersucht werden. Die Wand des Hubraumes wird durch die Rueckwand des Stossrohres dargestellt. Der an der Rueckwand des Stossrohres reflektierte Stoss zuendet ein Gasgemisch, das O2, N2, CH4 im Argonbad enthaelt. Ein fuer optische Untersuchungen an der Rueckwand geeignetes Stosswellenrohr wurde aufgebaut und in Betrieb genommen. Interferometrische Messungen (raeumlich und zeitlich aufgeloest) des Brechungsindexes in wandparallelen Schichten im Bereich der kalten Wand mittels Laserstrahlen und Messungen des Waermestromes in die Rueckwand des Stossrohres bei zuendfaehigen Gasgemischen wurden abgeschlossen. Die experimentellen Daten dienen zur Ueberpruefung des theoretischen Modells im Bereich der Wand (s. Projekt 16/9/9). Geplant sind zeitlich und raeumlich aufgeloeste Absorptionsmessungen von NO, OH im UV-Bereich. Weiter soll im IR-Bereich die Emission von CO2, CO und H2O gemessen werden. Ausserdem soll die Intensitaet der Reaktionskontinua (CO + O = CO2, NO + O = NO2) bestimmt werden.

Entwicklung und Erprobung biogener Brennstoffe als Ersatz für Braunkohle in der Staubfeuerung, Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung Rauchgasreinigung

Eine der größten Herausforderungen im Rahmen der Energiewende ist die CO2-neutrale Versorgung von Industrie und Gewerbe mit Prozesswärme und -kälte. Mit dem Vorhaben BioBrauS wird das Ziel verfolgt, biogene Reststoffe, die einen überschüssigen und in der Regel unvermeidbaren Stoffstrom darstellen, energetisch zu verwerten. Dadurch sinkt der Verbrauch fossiler Primärressourcen wie Braunkohle, deren Einsatz mit einem hohen CO2-Ausstoß verbunden ist. Dazu soll ein Brennstoff aus aufbereiteten organischen Reststoffen, wie Gärprodukten oder Geflügelmist entwickelt und mit abgestimmter Verbrennungstechnologie auf Basis der Stabfeuerung verwertet werden. Hierfür soll das Verfahren des Impulsbrenners evaluiert und an die Verbrennung diese Stoffsysteme adaptiert werden. Mit der Auswahl und Bewertung von Gärresten und Geflügelmist als Brennstoff für die Staubfeuerung soll der Grundstein für den Ersatz von Braun- und Steinkohle gelegt werden. Im Fokus stehen deshalb die experimentelle Verfahrensevaluation und die Optimierung von Verbrennungseigenschaften und Prozessparametern der Staubfeuerung für den Einsatz landwirtschaftlicher Reststoffe, wie Gärresten und Geflügelmist als Ersatz des bisherigen Energieträgers Braunkohle für Bestands- und Neuanlagen. Auch die biogenen Inputsubstrate sollen für den Einsatz in der Staubfeuerung angepasst (Mahlung, Siebung) und optimiert werden. Schwerpunkt ist die Reduktion von Schad- und Störstoffen sowie die Verbesserung der Brennstoffeigenschaften. Die Entwicklungen sollen dann im technischen Maßstab getestet und bewertet werden. Außerdem soll ein Gesamtkonzept zur technischen Umsetzung und Einsatz der Technologien erarbeitet werden, welches die Logistik der Energie- und Stoffströme sowie deren Verwertung für Bestands- und Neuanlagen beinhaltet. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und LCA mit Ökobilanzierung für den kommerziellen Maßstab durchgeführt.

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