Energy & Process Technologies

Ziel des Projekts ist eine Untersuchung der in Tirol anfallenden Gemüsereststoffe. In weiterer Folge werden verschiedene Szenarien für mögliche Verwertungsmöglichkeiten geprüft. Die gesamte Untersuchung soll im Wesentlichen eine Entscheidungsgrundlage bieten, welche Konzepte die Ressourcen der anfallenden Gemüsereststoffe am effektivsten nutzen können. Die Gemüsereststoffe fallen bei der Verarbeitung der frischen Ernte am Hof an bzw. sind Ausschussware, die für den Lebensmittelhandel nicht geeignet sind. Sie grenzen sich somit klar von klassischen organischen Rest- und Abfallstoffen ab. Derzeit können nur Schätzungen getroffen werden, in welcher Menge diese derzeit ungenutzten Gemüsereststoffe in Tirol anfallen.

Ziel des Projektes ist die Verwertung von Altholz in SynCraft Holzvergasungsanlagen. Der Fokus der Verarbeitung liegt dabei auf Holzemballagen und Holzverpackungen, die nach Möglichkeit der aktuellen Altholzrecyclingverordnung als Ersatzbrennstoff ausgewiesen werden können. Für die genannten Altholzfraktionen sollen unterschiedliche Aufbereitungsvarianten für die Verwertung in SynCraft-Anlagen untersucht werden. Im Speziellen handelt es sich dabei um unterschiedliche Hacker- und Schredder Technologien (Aufbereitungslinien für Altholz).

Während der Lagerung von Heu und Holzhackgut kommt es auf Grund von biologischen Abbauprozessen zur Selbsterwärmung, die unter ungünstigen Lagerbedingungen in einer Selbstentzündung resultieren kann. Im Zuge des Projekts PiCo-PileCommunication sollen vorbereitende Untersuchungen zur Entwicklung eines Frühwarnsystems durchgeführt werden, das auf der Analyse der Gaszusammensetzung von Schüttgütern basiert. Entgegen herkömmlicher Rauchmelder soll dieses System bereits vor der eigentlichen Entzündung Alarm schlagen. Im Zuge des Projekts werden die zu Grunde liegenden Mechanismen der Selbstentzündung untersucht und die während dieser Prozesse freigesetzten Gase gemessen. Anhand dieser Laborexperimente können Leitsubstanzen definiert werden, die eine bevorstehende Selbstentzündung signalisieren.

Die Syncraft Engineering GmbH entwickelt das Produkt "das HolzkraftWerk" kontinuierlich weiter und bildet zusammen mit dem MCI und der Firma Gallzeiner Luft-, Staub- und Abgastechnik GmbH das Projektkonsortium für das Projekt "PyTail" (Pyrolyse Detail) welches von der Tiroler Innovationsförderung vom Land Tirol gefördert wird. Hierbei soll der thermochemische Prozess der Pyrolyse in einem Syncraft System vertiefend untersucht werden. Wenn in dieser Prozessstufe keine vollständige Umsetzung stattfindet und die thermochemischen Reaktionen "verschleppt" werden, kann dieser Umstand dazu führen, dass es zu einer erheblichen Verschlechterung der Gasqualität kommt, was sich in weiterer Folge auf die nachgeschalteten Komponenten, wie z.B. Gaswäscher und Gasmotor, auswirken kann. Zusätzlich kann auch die Qualität des ausgeschleusten Kondensates und des Nebenproduktes, der Holzkohle, negativ beeinflusst werden. Im Zuge des Projektes werden folgende Punkte im Detail untersucht und gegebenenfalls in ihrer Anwendung optimiert. - Mechanische Fördereigenschaften o Reaktor Füllgrad; Materialrückfluss - Einflussfaktoren o Materialverweilzeit - im Reaktionsbereich und im gesamten Reaktor o Materialverteilung im Reaktionsraum - Durchmischung o Materialveränderungen durch Förderung o Bei der Anwendung unterschiedlicher Materialien (naturbelassenes Holz, biogene Roh- und Reststoffe) - Reaktionseigenschaften o Ausführungsvarianten Reaktionszone o Ausführungen (Material; Stahl, Feuerfestzement) der Reaktionszone o Reaktionsfortschritt (Pyrolysegrad) - Materialeinfluss o Welche Veränderungen treten auf, wenn unterschiedliche Biomassen eingesetzt werden? o Gibt es Probleme mit Agglomerationen? o Gibt es Probleme mit Ascheerweichungen / Versinterung? Die angeführten Punkte geben einen ersten Überblick über die Fragestellungen, welche im Zuge dieses Projektes untersucht werden.

Im Rahmen des Projekts soll Pulveraktivkohle aus kommunalen Reststoffen behandelt werden, um eine Funktionalisierung auf spezifische Anwendungen zu erreichen. Ein Ansatz konzentriert sich auf die In-situ-Funktionalisierung: Durch Anpassung der Prozessparameter während der Vergasung werden die Eigenschaften der Pulverkohle geändert werden, um Aktivkohle mit größerer Oberfläche erhalten. Der zweite Ansatz besteht darin, die Eigenschaften der Holzkohle durch Behandlung in einem externen Reaktor mit verschiedenen Methoden wie chemischer Imprägnierung und / oder Dampfbehandlung zu verbessern. Die funktionalisierte Pulveraktivkohle kann in kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA's) eingesetzt werden, etwa für die Vorbehandlung hochbelasteter Abwässer, zur Stabilisierung von Faulgasprozessen oder zur Verbesserung der Faulschlamm-Eigenschaften (Entwässerbarkeit). Im Hinblick auf die zu erwartende Einführung einer vierten Reinigungsstufe in ARA's kann die Pulveraktivkohle als Adsorptionsmittel für Medikamentenrückstände und anderen Mikroverunreinigungen im Abwasser verwendet werden.

Für alpine Regionen stellen Mobilität der Bevölkerung und im Tourismus, Güter- und Transitverkehre große Herausforderungen im Klimaschutz dar. Tirol erstellte dazu in den letzten Jahren Strategiepapiere, die auch einen Fokus auf Wasserstoff als Energieträger im Güterschwerverkehr und Öffentlichen Verkehr vorsehen. Um diese Strategien nachhaltig umzusetzen, braucht es einen integrativen Ansatz, um technische, wirtschaftliche und organisatorische Herausforderungen gemeinsam zu lösen. Genau an diesen drei Themen setzt H2Alpin an, um in einem großangelegten interdisziplinären Demonstrationsprojekt Systemlösungen für die Mobilitätswende im alpinen Raum zu entwickeln. In Bezug auf Brennstoffzellenfahrzeuge gibt es zwar bereits urbane Pilotprojekte, für die alpine Anwendung fehlt es jedoch noch weitestgehend an wichtigen technischen Erfahrungswerten, um die Fahrzeuge weiterzuentwickeln und um ein Anwendungsoptimum für die wasserstoffbetriebene Mobilität zu definieren. Im Rahmen von H2Alpin werden Brennstoffzellen - Busse und erste Brennstoffzellen LKWs unter alpinen Bedingungen (Temperaturextreme, Schnee, kurvenreiche Bergstraßen, Transitpässe) getestet und reale Daten zu Fahrverhalten, Wartung, Energieverbrauch, etc. gesammelt und analysiert. Die Wirtschaftlichkeit stellt nach wie vor die größte Hürde für den Umstieg auf wasserstoffbetriebene Mobilität dar. Die Beschaffung von Fahrzeugen ist für Endanwender schwer leistbar. Daher werden Geschäftsmodelle für Beschaffungsplattformen entwickelt und getestet. Diese beschaffen Fahrzeugpools, warten sie und stellen sie Dritten über ein Miet-Modelle zur Verfügung. Der Tiroler Mobilitätskoordinator wird dies für den Öffentlichen Personennahverkehr umsetzen, ein privates Unternehmen für den Güterlogistikbereich. Um zusätzliche attraktive Wasserstoff-Preise am Markt anbieten zu können, sollen von der Wasserstofflogistik-Seite Bedarfs- und Produktionssimulationen genutzt werden, um attraktive Angebot-Nachfrage-Preismodelle für den Vertrieb zu entwerfen. Um eine grüne Wasserstoffversorgung für eine umfassende Mobilitätswende auch im Schwerlastbereich in Tirol sicherzustellen, ist es notwendig, exakte Simulationsmodelle z.B. bis 2035 zu entwickeln, die alle relevanten Faktoren für eine schrittweise Umstellung auf die Null-Emissions-Mobilität abbilden. In der kleinstrukturierten, alpin- touristischen Region Tirol steht erneuerbare Energie hauptsächlich aus einem Netz von Wasserkraftwerken zur Verfügung. Jahreszeitliche Schwankungen im Energieangebot und im Wasserstoffbedarf sowie die Lage an einer der stärksten europäischen Transitrouten müssen zudem beachtet werden. Der regionale Umsetzungsplan, der in Abstimmung mit Stakeholdern und unter Beachtung geltender und künftiger Normen entwickelt wird, soll helfen, sowohl den Wasserstoffproduzenten als auch den -anwendern Planungssicherheit für ihre Geschäftsmodelle zu geben. Mit den im Rahmen des Projekts H2Alpin initiierten Maßnahmen soll die wasserstoffbasierte Mobilität in Tirol bereits bis Ende 2030 rund 17.700 T CO2 einsparen.

Das Land Tirol hat sich in Übereinstimmung mit internationalen und nationalen Vorgaben zum Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2050 energieautonom zu werden und im Jahressaldo die im Land benötigte Energie durch heimische Energieträger selbst zu decken. Die "Ressourcen- und Technologieeinsatz-Szenarien Tirol 2050"-Studie zeigt, dass unter Einsatz heimischer Ressourcen und unter Rückgriff auf derzeit und zukünftig zu erwartender Technologien das Energieziel 2050 in Tirol im Jahressaldo erreicht werden kann. Die Studie zeigt drei Grenzwert-Szenarien sowie ein Energiemix-Szenario, welches unter Berücksichtigung eines ausgewogenen Energieträgereinsatzes berechnet wurde. Es hat sich bei allen Szenarien gezeigt, dass Strom der zukünftig wichtigste Energieträger sein wird und seine Bedeutung gegenüber heute ganz wesentlich steigen wird. Zukünftige Energiesysteme mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energieträgern sind jedoch mit der nur bedingt regelbaren Strom- und Wärmeerzeugung durch Solaranlagen (Photovoltaik und Solarthermie), Windenergie und Wasserkraft sowie dem fluktuierenden Bedarf an Strom und Wärme konfrontiert.

Die Aktivierung von Kohlen ist per se nichts Neues und wird großindustriell auch durchgeführt. Problematisch dabei sind jedoch die derzeit eingesetzten Tonnagen in den jeweiligen Prozessen. Der Großteil der Kohlen wird anhand von Drehrohröfen mit minimal Durchsätzen von 10.000 t a-1 aktiviert. Da Holzkraftwerke von SYNCRAFT derzeit maximal 400 t a-1 Holzkohle als Nebenprodukt aus regional bezogenem Waldrestholz produzieren, kann die Technologie der Drehrohrofen-Aktivierung aufgrund der hohen spez. Aktivierungskosten nicht angewendet werden. Somit müssen Konzepte entwickelt werden, welche eine ökologische und ökonomische "small scale Aktivierung" erlauben. Ferner kann mit dieser Technologie eine regional regenerativ hergestellte Aktivkohle produziert werden, welche die notwendigen Ressourcen, die meist importiert werden müssen, schont. Zusätzlich sind, laut dem Ithaka Institut, für die Herstellung einer Tonne Aktivkohle 3,5 bis 5 t Steinkohle oder 5 bis 6,5 t Braunkohle notwendig welche im Schnitt ca. 11 - 18 t CO2- Emissionen generieren. Jedoch verlangt der Markt nach einer großen Bandbreite an Aktivkohlen mit unterschiedlichen Spezifikation (BET, BJH, Form, Beschichtungen, …).

Ein primäres Problem energieerzeugender Systeme unter Verwendung von Holz oder Kohle sind die anfallenden Feinstäube und Aschen. Diese zu binden und deren Entsorgung ist aufwendig und kostenintensiv. Wenn überhaupt werden derzeit hochwertige Produkte aus der Nahrungsmittelindustrie wie Zuckerrohr, Kartoffel- oder Maisstärke zur Abbindung eingesetzt. In diesem Projekt soll ein anderer Ansatz gewählt werden. Dabei sollen zu 100 % recycelte Altfette und -öle in Kombination mit Tonmineralien eine Basis zur Komprimierung der Stäube und Aschen geben. Ziel ist die Bindung von Kohlen, Aschen und Stäuben zur Weiterverwendung in der Industrie (Aufkohlen) aber auch bis hin zur Herstellung von lebensmittelkonformen Grillholzkohlen aus Holzkohlen und -Aschen unter Verwendung von recycelten Rohstoffen.

Activated Membrane - Herstellung und Optimierung von Hybrid-Membranen mit eingebetteter Aktivkohle zur Entfernung von Mikroschadstoffen Arzneimittel, industrielle Chemikalien und andere hormonaktive Substanzen können bereits in geringen Konzentrationen im µg bis ng/L Bereich weitreichende Schädigung von Wasserkulturen bis hin zur Unfruchtbarkeit und Verweiblichung ganzer Fischkulturen zur Folge haben. Wenn aus diesen Gewässern Trinkwasser gewonnen wird, sind Schäden für den Menschen nicht auszuschließen. Da derzeitige Abwasserreinigungsanlagen diese Mikro-schadstoffe nicht ausreichend abbauen, wird an verschiedenen Verfahren zur Mikro-schadstoffentfernung geforscht. Dabei gilt die Kombination aus adsorptiven Verfahren mit Membranseparation als besonders vielversprechend. In diesem Projekt soll eine neuartige Kombinationsvariante untersucht werden, bei der Aktivkohle direkt in die Membranmatrix von Phaseninversionsmembranen eingebettet wird und so ein einstufiges Verfahren von Adsorption und Membranfiltration ermöglicht wird. Diese "Activated Membrane" soll zunächst unter Laborbedingungen mit ausgewählten Mikroschadstoffen getestet und optimiert werden, um in weiterer Folge die Trenneffizienz mit Realabwasserproben zu erproben. Weitere wichtige Frage-stellungen sind Regenerierbarkeit der Hybrid-Membran nach der Beladung und die Fouling-eigenschaften. "Activated Membrane" könnte ein aussichtsreiches Konzept zur Elimination von Mikroschadstoffen und letzten endlich zur Reduzierung der Umweltauswirkungen anthro-pogener Abwasserströme darstellen.

Ziel des Projektes ist es, anhand eines Kaltmodels des Schwebefestbettreaktors der SYNCRAFT® effizienter und ökonomischer zu gestalten. Mittels Versuche im Mittel- und Kleinmaßstab können Fehlinvestitionen vorgebeugt werden, da mögliche, in der theoretischen Versuchsentwicklung angefallene Fehler, frühzeitig erkannt werden können. Derzeitige und vor allem zukünftige Betreiber solcher Vergasungs-Anlagen haben ein großes Interesse daran im Bereich des Brennstoffeinsatzes (Holzhackschnitzel unterschiedlicher Qualität, Altholz, strohartige Einsatzstoffe, …) flexibel zu sein. Um dies zu erreichen ist es notwendig Anpassungen am System vorzunehmen, welche sich unter anderem auf den Schwebebettreaktor beziehen. Ferner soll die Basis gelegt werden, um einen definierten Freiheitsgrad zu erarbeiten, mit welchem die Systeme in der Lage sind eine höhere elektrische Leistung zu erzielen.

Die Projektidee hat die Zielsetzung, den zur Durchmischung von Faultürmen benötigten Energieeintrag zu optimieren. Zum einen besteht ein großes wissenschaftliches Interesse, ein grundlegendes Verständnis über eine effiziente Faulturmdurchmischung aufzubauen. Da die im Faulturm enthaltene wässrige Schlammmasse von den physikalischen Eigenschaften her erheblich von Wasser abweicht, können Erkenntnisse über die effiziente Durchmischung anderer Reaktoren der Abwasserwirtschaft nicht ohne weiteres für die Faulturmdurchmischung herangezogen werden. Das vorliegende Forschungsprojekt zeichnet sich zudem durch die hohe Praxisrelevanz aus, da eine Reduktion des für die Durchmischung aufgewendeten Energieeintrags für die Kläranlagenbetreiber eine direkte Kostenersparnis ermöglicht. Sowohl die Faulturm- und Rührwerks-Konstruktion als auch der laufende Betrieb basieren bis dato auf Erfahrungswerten. Die Durchmischungsstärke kann in der Praxis nicht direkt überwacht werden (Betonschale des Faulturms, Schlammkonsistenz, …) und indirekte Methoden wie Tracermessungen sind aufwendig und kostenintensiv. Daher werden Faultürme im alltäglichen Betrieb "zur Sicherheit" meist wesentlich stärker als notwendig durchmischt. Neben konkreten Vorgaben zum optimalen Betrieb der Faulturmdurchmischung soll das Verbesserungspotential durch den Vergleich mit realen Betriebsdaten von nahe gelegenen Kläranlagenbetreibern aufgezeigt werden. Es ist daher davon auszugehen, dass Kläranlagenbetreiber u.a. im Raum Tirol direkt von den Ergebnissen aus diesem Forschungsprojekt profitieren werden.

Sauberes Wasser ist unabdingbar für die menschliche Gesundheit, Ökosysteme und wirtschaftliche Entwicklung. Die Trinkwasserversorgungssicherheit ist allerdings durch den anthropogenen Einfluss bedroht: Einerseits bewirken steigende Umgebungstemperaturen ein erhöhtes Risiko der Verkeimung der Trinkwassernetze. Andererseits stellen per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) nachweislich extreme Umwelt- und Gesundheitsgefahren dar. Um diese Probleme zu bewältigen, sind Membrantechnologien und Adsorptionsverfahren mit Aktivkohle unverzichtbare Methoden - diese müssen allerdings angemessen und nachhaltig gestaltet werden. In diesem Projekt sollen Mehrkanal-mixed-matrix membranes als einstufiges Multibarrierensystem auf ihre Anwendbarkeit in verschiedenen Trinkwasseraufbereitungsszenarien getestet werden. Diese Membranen zeichnen sich durch ihre Robustheit aus und nutzen Synergien zwischen Filtrations- und Adsorptionsschritt. Somit haben sie Potential in der Anwendung als Polizeifilter am Ende der Trinkwasseraufbereitung, wo sowohl Restkeime abgeschieden, eine Rückverkeimung vermieden und PFAS an eingebetteter Aktivkohle adsorbiert werden sollen. Wichtige Fragestellungen beinhalten die Trenneffizienz von PFAS und Keimen, die Adsorptionskonkurrenz mit natürlicher Organik und die Prozessführung inklusive Ruckspülung und Regenerierung nach Beladung.

Ziel des Projekts ist die praxisnahe Ko-Kompostierung von Holzkohle und die Anwendung dieser Erdenmischung in der industriellen Landwirtschaft. Um dieses Ziel zu erreichen werden im Projekt mehrere Sub-Ziele verfolgt, u.a. Herstellung verschiedener Endrezepturen und Ausbringung ebendieser auf Versuchsflächen, um die Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum und chemische sowie mikrobiologische Veränderungen des Bodens betrachten zu können.

Bei der Technologie der "Vergasung" von Biomasse kann theoretisch ein vollständiger Umsatz des Kohlenstoffs in der Biomasse erreicht werden, welcher jedoch in der Praxis durch die dafür nötigen langen Verweilzeiten technisch und wirtschaftlich nicht zielführend ist. Bei dem von SYNCRAFT® angewendeten Verfahren bleiben ca. 10-15 vol% an Holzkohle zurück. Diese Holzkohle kann ein hochwertiges Produkt sein, welches neben den Hauptprodukten Strom und Wärme erzeugt wird. Gelingt es gezielt und nach Bedarf den Umsatzgrad der "Überschusskohle" zu erhöhen, kann der Wirkungsgrad des gesamten Systems erhöht und somit ein wesentlicher Beitrag zur Gesamtrentabilität geleistet werden. Darüber hinaus ist die Qualität der Holzkohle bei Holzkraftwerken von SYNCRAFT® ein Alleinstellungsmerkmal. Mit den geplanten Maßnahmen zur Erhöhung des Umsatzgrades der Holzkohle im Vergasungssystem, kann einerseits die elektrische Leistung erhöht und andererseits die Qualität der Holzkohle derart gesteigert werden, dass diese zu jeder Zeit EBC Futter Qualität entspricht (< 4mg PAK 16). Ein weiterer Vorteil ist, dass die Erhöhung der elektrischen Leistung und die Steigerung der Holzkohle Qualität bei gleichbleibenden Biomasse Einsatz vollzogen werden soll.