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 gekoppelten 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.

Erste Erfahrungen und wichtige Erkenntnisse zu den hier ebenfalls verwendeten Thermoelektrischen Generatoren, konnte das Fraunhofer IPM bereits in einem vorangegangenen Innovationsfonds Projekt, im Kontext eines anderen Anwendungsfalls, gewinnen.

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:

Interkommunaler Gebäudepool zum Energieeinsparcontracting
Lörrach, Weil am Rhein, Denzlingen

Interkommunales Energiecontracting

Obwohl es viele Vorteile bietet, erscheint Energiesparcontracting vielen Städten und Gemeinden noch zu kompliziert. Bei dieser Art des Contractings beauftragt die Kommune einen Unternehmer damit, ihre Gebäude energieeffizienter zu machen. Der Contractor übernimmt alle Kosten, organisiert die Maßnahmen und führt sie durch. Die eingesparten Energiekosten finanzieren die Sanierung. Besonders kleinere Gemeinden glauben oft, nicht genug Einsparpotential bieten zu können. Ein beispielhaftes Projekt in Lörrach, Denzlingen und Weil am Rhein zeigt neue Lösungsansätze. Anstatt ihre Liegenschaften einzeln zu sanieren, fassten die Kommunen sie zu „interkommunalen Gebäudepools“ zusammen, wobei Maßnahmen mit hohem Ertrag weniger wirtschaftliche ausglichen. In Zusammenarbeit mit der Klimaschutz- und Energieagentur Baden-Württemberg (KEA) ermittelten die Städte zunächst ihren Bestand an sanierungsbedürftigen Gebäuden, um diesen anschließend in acht Gebäudepools aufgeteilt auszuschreiben. Auf diese Pools machten die Contractoren ihre Angebote, welche die Experten von KEA einer Grob- und Feinanalyse unterzogen. Zu den Einzelprojekten gehörten unter anderem Sporthallen im Gemeindeverwaltungsverband Denzlingen-Vörstetten-Reute, sowie Gewerbeschulen in Schopfheim und Lörrach, die neue Heizungssysteme benötigten. Im Ergebnis waren die einzelnen Projekte zwar zeitaufwändiger als ursprünglich veranschlagt, trotzdem beanspruchten sie insgesamt deutlich weniger Zeit als herkömmliche Einzelverfahren und entlasteten die Verwaltung. Insgesamt sparen die Kommunen 3900 Tonnen CO2 im Jahr ein. Um anderen Städten und Gemeinden beim Thema Energiesparcontracting zu helfen, entwickelte die KEA eine ausführliche Broschüre, die neben allgemeinen Empfehlungen Antworten auf die häufigsten Fragen sowie ausführliche Checklisten bietet.

Aufklärung der Quellen und Eintragspfade für Chromat im Rohwasser von Trinkwasserversorgern im südlichen Oberrheingraben und Ableitung von Handlungsempfehlungen zu ihrer Beseitigung
Freiburg

Aufklärung der Quellen für Chromat im Rohwasser von Trinkwasserversorgern

Chrom kommt in der Natur vor allem in zwei Formen vor, einer harmlosen dreiwertigen und einer krebserregenden sechswertigen, dem sogenannten Chromat. Der Grenzwert für alle Chromverbindungen im Trinkwasser liegt bei 50 Mikrogramm pro Liter und wird von deutschen Wasserversorgern weit unterschritten. Aus neueren Studien gibt es Hinweise, dass Chromat auch schon in geringeren Mengen schädlich sein könnte. Aus diesem Grund findet derzeit eine Diskussion über die Bewertung des Vorkommens von Chromat in Roh- und Trinkwässern statt. Bisher ist aber noch unklar, wie und wo genau, Chromat ins Grund- und Trinkwasser gelangt. Chromverbindungen kommen natürlich in der Umwelt vor, werden aber auch in der Industrie, zum Beispiel in der Stahl- und Autoindustrie, eingesetzt. BnNetze und das Karlsruher Technologiezentrum Wasser untersuchten mögliche Eintragswege nun für die Region Oberrhein in einer regional hochauflösenden Studie und erarbeiteten Handlungsempfehlungen, um die Belastungen mit Chromat zu reduzieren. In einem ersten Schritt untersuchten die Wissenschaftler Wasserproben von Wasserversorgern aus der Region. So können sie feststellen, wo die Chromatbelastung besonders hoch ist und anschließend untersuchen, woher diese stammt. Recherchen in der Fachliteratur und bei den Gemeinden sowie in geologischen Karten und Gutachten gaben weitere Hinweise auf mögliche Chromatquellen in Natur und Industrie, z. B. aus alten Mülldeponien. Diese Daten sowie Messergebnisse für Bodenproben aus dem Untersuchungsgebiet dienten anschließend als Grundlage für ein Monitoringprogramm, das die Chromatbelastung über den Zeitraum von einem Jahr aufzeichnete und damit Aussagen über die aktuelle Belastung ermöglicht. Laborversuche simulierten außerdem den Weg von Chromat vom Boden ins Grundwasser. Genau zu wissen, wo und warum Chromat ins Wasser gelangt, ist deshalb besonders wichtig, weil die Wasserwerke momentan über keine Methoden verfügen, um die Belastungen zu reduzieren. Mit ihrem Projekt tragen bnNetze und das Technologiezentrum Wasser deshalb dazu bei, das Grundwasser zu schützen und das Trinkwasser sicherer zu machen. Darstellung dreier wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt Die Konzentrationen an sechswertigem Chrom liegen in den untersuchten Grundund Quellwässern des Oberrheingrabens zwischen < 0,02 und 3 μg/L. In Relation zum derzeit gültigen Grenzwert von 50 μg/L sind diese Konzentrationen von untergeordneter Relevanz. Sollte dieser Wert jedoch verringert werden, könnte die Bedeutung für das Trinkwasser zunehmen. Das Vorkommen von überdurchschnittlich hohen Chromkonzentrationen ist in den meisten Fällen geogen bedingt. Verantwortlich sind vor allem vulkanische Gesteine, Muschelkalk und tertiäre Gesteine. Neben den geologischen Gegebenheiten beeinflussen aber auch die lokalen Redox-Verhältnisse die Freisetzung von sechswertigem Chrom. In einzelnen Fällen können auch anthropogene Belastungen der Ursprung überdurchschnittlicher Chromgehalte im Grundwasser sein. Im Einzugsgebiet des Wasserwerks Hausen ist die Altlast Parksiedlung eine Quelle für Chrom im Grundwasser.

TeWaB, Wirkungsgradsteigerung eines BHKW mittels Thermoelektrischem Wärmetauscher
Freiburg

Thermoelektrische Generatoren im Hochtemperaturbereich für BHKW

Wie wirtschaftlich ein BHKW ist, hängt wesentlich von dessen elektrischem Wirkungsgrad ab. Wärmetauscher mit thermoelektrischen Generatoren können aus dem heißen Abgas des BHKWs zusätzlich Strom gewinnen und damit den Wirkungsgrad erhöhen. Thermoelektrische Generatoren wandeln Wärmeströme zwischen einer warmen und einer kalten Seite in elektrische Energie um. Sie sind robust, weitgehend wartungsfrei und langlebig, jedoch eigneten sich herkömmliche Generatoren nur für Temperaturen bis 200 °C. So bleibt die Wärmeenergie aus dem Abgasstrom ungenutzt. Das Fraunhofer Institut für physikalische Messtechnik (IPM) hat in den vergangenen Jahren erstmals Module entwickelt, die sich für Temperaturen bis 550 °C eignen. Zusammen mit der Firma Schleif Automation, spezialisiert auf den innovativen Anlagenbau, entwickelte das IPM einen thermoelektrischen Generator, der parallel zum vorhandenen Wärmetauscher die BHKW-Abwärme nutzt. Hierdurch kann neben der reinen Brauchwassererwärmung zusätzlich mit Hilfe des Wärmetauschers elektrischer Strom generiert werden. Das Projektteam simulierte zunächst das Verhalten des thermoelektrischen Wärmetauschers bei Betrieb im Abgasstrom eines BHKWs, um eine möglichst hohe Ausbeute an elektrischer Leistung zu erzielen. Danach wurde ein eigens optimierter thermoelektrischer Wärmetauscher hergestellt und in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW eingesetzt. Die anfallenden Daten integrierten die Forscher in die BHKW-Steuerungssoftware, um einen reibungslosen und effektiven Betrieb zu garantieren. Nach dieser Testphase kam der Wärmetauscher in einem von badenova betriebenen Schleif-BHKW zum Einsatz. Das Ergebnis des Projekts zeigte, dass damit der elektrische Wirkungsgrad des BHKWs um etwa 3 % gesteigert kann. In Zukunft könnten solche thermoelektrische Generatoren nicht nur in BHKWs, sondern auch in Fahrzeugen Verwendung finden und so dazu beitragen Treibstoff und CO2 einzusparen. Darstellung drei wesentlicher Erkenntnisse aus dem Projekt: Thermoelektrische Module zur Abwärmeverstromung sind verfügbar und einsatzbereit für Anwendungen Thermoelektrische Module haben ein hohes TRL-Level erreicht und es waren während des Testbetriebs in der realen Anwendung keine Alterungseffekte ersichtlich. Ein Betrieb über 1000 h konnte ohne technische Probleme und ohne Leistungsreduktion nachgewiesen werden. Systemintegrationskonzept von thermoelektrischen Modulen in Anwendungen ist entscheidend für Wirkungsgrad und RoI. Die Erkenntnisse und Erfahrungen aus diesem Projekt haben zu einem neuen Innovationsfonds Antrag geführt, zu einem Projekt mit dem Anwendungsfall der Nutzung von thermoelektrischen Elementen, für die Versorgung von Regelungseinheiten für eine effizientere Feststoffverbrennung . Wie es beispielsweise bei Stückholzkaminen der Fall ist. Damit können solche Feuerungsanlagen ohne Stromanschluss nachgerüstet und der Ausstoß von Schadstoffen verringert werden.