Innovationsfonds
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Biomasse-Feuerung für die Zukunft fit machen (BioFfit)

Feinstaubemissionen betreffen nicht nur den Straßenverkehr, auch häusliche Kleinfeuerungsanlagen sind hierfür maßgeblich verantwortlich. BioFit will hier Abhilfe schaffen.

Die ambitionierten globalen Klimaschutzziele erfordern Maßnahmen im gesamten Energiesystem, auf zentraler und dezentraler Ebene von der Erzeugung bis zur Anwendung. Holzbetriebene Einzelfeuerungen können dabei einen nennenswerten Beitrag zur Schonung fossiler Ressourcen und Reduktion der Klimagasemissionen leisten. Allerdings liegen deren Feinstaubemissionen brennstoff- und technikbedingt bei jährlich 24.000 Tonnen und überschreiten damit deutlich die Feinstaubemissionen von Pkw und Lkw. Das Ziel des Projekts ist die Erforschung, Entwicklung und Demonstration eines hocheffizienten Partikelabscheiders für den typischen Leistungsbereich von Einzelholzfeuerungsstätten, in Kombination mit passiver, automatischer Reinigung unter dem Einsatz von funktionalen Materialien. Mit Hilfe einer ge-koppelten Verbrennungsregelung soll zudem der feuerungstechnische Wirkungsgrad erhöht und die Schadstoffemissionen gesenkt werden und im Zusammenspiel mit dem Partikelabscheider analysiert werden. Durch den Betrieb mit thermoelektrisch erzeugter elektrischer Energie kann der Abscheider und/oder die Verbrennungsregelung zudem fernab von Stromnetzen betrieben werden, oder kann eine wirtschaftliche Alternative zur nachträglichen Installation einer Stromversorgung darstellen. Die Entwicklung zielt auf Neuanlagen genauso wie auf die Nachrüstung des Anlagenbestandes.

Projektdaten

Projektnummer 2020-11
Projektart Forschung und Studien
Projektträger Fraunhofer IPM
Laufzeit 01.11.2019 - 31.12.2021
Zuschuss 150.000€

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Ihre Ansprechpartner

Richard Tuth

Richard Tuth

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-29 84

E-Mail: richard.tuth@badenova.de

Michael Artmann

Michael Artmann

Innovationsfonds Klima- & Wasserschutz

T: 0761-279-22 53

E-Mail: michael.artmann@badenova.de

Einblicke in weitere Förderprojekte:

Dialog mit der Landwirtschaft in Kombination mit einem praxisorientierten Bewirtschaftungsversuch zum Thema Flachlandmähwiesen im Wasserschutzgebiet Ebnet
Freiburg - Ebnet

Nachhaltige Bewirtschaftung von geschützten Flachlandmähwiesen

Mähwiesen sind aus verschiedenen Gründen wichtig. Für Landwirte stellen sie Futter für Weidevieh zur Verfügung und sollen möglichst hohe Erträge bieten. Oft liegen die Wiesen jedoch in Wasserschutzgebieten, wo die Landwirte nur begrenzt düngen können. Schließlich sind Mähwiesen ein wichtiger Lebensraum, der die Vielfalt in der Tier- und Pflanzenwelt aufrechterhält. Darauf zielt beispielsweise die EU-Richtlinien Natura 2000, die Flachlandmähwiesen europaweit als geschütztes Flora-Fauna-Habitat ausweist. Um diese verschiedenen Interessen zu vereinen, erstellt das Umweltschutzamt Freiburg zusammen mit Partnern und Landwirten aus der Region ein nachhaltiges Bewirtschaftungskonzept. Versuchsgebiet sind Mähwiesen im Wasserschutzgebiet Ebnet, die durch die EU-Richtlinien als Flora-Fauna-Habitat geschützt sind. Dort haben badenova und Stadt Freiburg schon Versuche zur grundwasserschonenden Düngung durchgeführt. Aufbauend auf diesen Erfahrungen erprobten die Projektpartner nun in einem dreijährigen Versuch zwei verschiedene Düngeverfahren. Ein Versuchsgerät injiziert Flüssigdünger in vorgesetzten Abständen unter die Grasnarbe. Beim zweiten Verfahren bringen die Mitarbeiter einen gekörnten Dünger auf der Grasnarbe aus. Für beide Methoden kartieren sie das Gebiet und bestimmten für fünf Versuchsflächen Artenvielfalt und Ertrag über drei Jahre hinweg. Am Ende steht ein Model, dass mit möglichst wenig und preiswertem Dünger hohe Erträge garantiert, das Grundwasser nicht gefährdet und zum Erhalt der Mähwiesen beiträgt. Die ausführliche Kartierung erlaubt es, die Ergebnisse auf ähnliche Flächen andernorts zu übertragen. Für die Information und Schulung anderer Landwirte fanden mehrere Feldtage und Abendveranstaltungen statt. Wesentliche Erkenntnisse: Es ist wichtig, miteinanderin Kontakt zu kommen, miteinander zu Kommunizieren und sich in die Belange aller Beteiligten hineinzudenken. Mit den Feldtagen und den Abendveranstaltungen boten wir hierfür einen passenden Rahmen. Praktische Demonstrationen sind oft anschaulicher als theoretische Vorträge. Es konnten praktikable und finanziell interessante Düngeverfahren vorgesellt werden, die bereits in anderen Betrieben und auf anderen Flächen eingesetzt werden. Durch die praktizierten Verfahren konnten die FFH-Mähwiesen erhalten werden. Äußere Einflüsse (Wetter) überlagern die einzelnen Varianten stark. Versuchsdauer sollte optimaler Weise länger sein. Durch die Zusammenstellung eines interdisziplinärenTeamskonnte sowohl auf viel Fachwissen, Unterstützung und auch auf historische Daten (Düngung in den letzten 25 Jahren, Wetterdaten, praktisch Erfahrungen vor Ort) zugegriffen werden.

ARTHYMES Archaea Transform Hydrogen to Methane for Energy Storage
Offenburg

Methanisierung von Wasserstoff als Speicher für Überschussenergie

Wind- und Sonnenenergie stellen einen wachsenden Anteil am deutschen Strommarkt. Beide Energiequellen sind jedoch stark wetterabhängig, so dass die Einspeisung ins Stromnetz zwischen Überschüssen und Unterversorgung schwankt. Stromspeicher können diese Schwankungen ausgleichen, sind aber noch nicht flächendeckend vorhanden. Bisher kamen vor allem Pumpspeicherkraftwerke zum Einsatz, die aber allein den Speicherbedarf nicht decken können. Auch Elektroautos, zeigt ein vorheriges Innovationsfondsprojekt, eignen sich prinzipiell als Speicher für überschüssige Energie. Angesichts ihres nur langsam wachsenden Marktanteils sind auch sie bisher nicht als Stromspeicher im großen Maßstab geeignet. Das Erdgasnetz hingegen bietet eine Speicherkapazität von 200 TWh, ein Vielfaches der momentan benötigten etwa 15 TWh. Um elektrische Energie ins Gasnetz einzuspeisen, wird diese genutzt, um in einem elektrolytischen Prozess zuerst aus Wasser Wasserstoff zu gewinnen. Anschließend wird der Wasserstoff biologisch in Methan umgewandelt. Diese Technik ist jedoch bisher nur im Labormaßstab erprobt; die einzelnen Faktoren und beteiligten Mikroorganismen sind noch kaum erforscht. Das Projekt der Hochschule Offenburg untersuchte diesen Prozess der biologischen Methanisierung ausführlich und analysierte, inwiefern sich Wasserstoff als Cosubstrat für Biogasanlagen eignet. Biogas entsteht in einer anaeroben Fütterungskette, in der sich aus Substrat – also Energiepflanzen, Grünschnitt oder Abfallstoffen – zuerst Kohlendioxid und Wasserstoff und schließlich Methan bildet. Rohbiogas enthält allerdings immer noch 30 bis 50 Prozent CO2, das aufwändig ausgefiltert werden muss, bevor das Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Durch Zugabe von zusätzlichem Wasserstoff aus Überschussstrom zum Gärprozess kann auch das restliche CO2 zu Methan umgewandelt werden. Um dieses bisher nur im Labormaßstab erprobtes Verfahren der in situ-Methanisierung zu optimieren, erforschten die Offenburger Wissenschaftler verschiedene Verfahren, um den Wasserstoff in den Vergasungsprozess einzuschleusen, so dass er optimal durch die beteiligten Mikroorganismen, den Archaeen, verwertet wird, ohne diese zu beschädigen. Mit ihren weitreichenden Erfahrungen in der Biogasforschung analysierten die Forscher der Hochschule verfahrenstechnische, mikrobiologische, chemische und physikalische Aspekte der Methanisierung. Die Hochschule setzt sich hierbei die Entwicklung eines Moduls zum Ziel, dass nach Maßstabsübertrag in etwas 7000 deutschen Biogasanlagen integriert werden könnte. Das Projekt trägt so zur Lösung zweier Problemfelder bei: Zum einen bietet es große Speicherkapazitäten für Überschussenergie, zum anderen macht es Biogasanlagen ökologisch und ökonomisch effizienter, indem es den Substratbedarf reduziert. Weil das mit Methan behandelte Biogas kaum noch CO2 enthält, entfällt auch die aufwändige Aufbereitung, bevor das Gas ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Durch Einbringen von Wasserstoff über blasenfreie Membranbegasung in Biogasanlagen kann ohne pH-Regulation die Methankonzentration im Rohbiogas auf 80-90 % gesteigert werden. Dabei steigt der pH-Wert an, wird aber noch von der Mikrobiologie toleriert. Die Wasserstoffkonzentration im Produktgas liegt bei wenigen Prozent. Der eingespeiste Wasserstoff wird nahezu vollständig umgesetzt. Methankonzentrationen von nahezu 100 % werden ohne pH-Regulation nur temporär erreicht, da der durch den CO2-Verbrauch auftretende extreme pH-Wert zu Schädigungen der Mikrobiologie führt. Ein Langzeitbetrieb mit solch hohen Methankonzentrationen ist jedoch bei pH-Regulation/Pufferung denkbar. Neben hochgasdurchlässigen, relativ teuren Membranen scheinen unter Berücksichtigung der Grenzwerte für die blasenfreie Begasung auch preisgünstigere Membranmaterialien geeignet zu sein. Die im Projekt getesteten Membranen zeigten kaum Biofilmbildung, so dass sie bei ausreichender Stabilität vermutlich auch längerfristig eingesetzt werden können.

Erprobung Computer basierter Methoden zur schnellen Bewertung des Risikos für den Menschen durch abbaustabile Transformationsprodukte im aquatischen Nutzungskreislauf
Freiburg

Abbauprodukte im Wasserkreislauf

In der Wasserversorgungsbranche verfeinert der wissenschaftliche Fortschritt die Analysemethoden immer mehr. So ist es heute möglich, den Wasserkreislauf auf chemische Verbindungen zu untersuchen, die vor einigen Jahrzehnten noch unbekannt waren. Zu dieser Gruppe gehören organische Spurenstoffe, also Überreste aus Arzneimitteln, Seife und Shampoo oder auch aus Herbiziden. Mit dem Wissen um diese Stoffe kommen Fragen auf: Wie verändern sie sich im Laufe des Abbauprozesses und wie wirken dabei entstehende Stoffe auf Mensch und Umwelt? Was passiert mit ihnen, wenn man das Wasser mit Chlor oder Ozon hygienisiert? Kommen sie überhaupt in möglicherweise gesundheitsschädlichen Mengen vor? Das Projekt wurde zurückgezogen.