Rauchgasreinigung und Luftreinhaltung

Reduktion der Schadstoffbildung, Rauchgasreinigung, Optimierung des Betriebsverhaltens von Öfen, Untersuchungen zur Schadstoffbelastung in der Umgebungsluft

Arbeitsschwerpunkte

Rauchgasreinigung

  • Optimierung und Weiterentwicklung von Rauchgasreinigungsanlagen zur Reduzierung der Emissionen wie NOX, Staub, SO2, Schwermetalle (insbesondere Quecksilber) aus Feuerungsanlagen
  • Untersuchungen an SCR-DeNOx-Katalysatoren; u.a. zur Deaktivierung in Verbindung mit Sekundärbrennstoffen, Quecksilberverhalten, NH3-Umsatz und deren gegenseitige Beeinflussungen
  • Untersuchungen an Rauchgasentschwefelungsanlagen hinsichtlich REA-Chemie mit dem Fokus auf das Verhalten von Quecksilber für eine verbesserte und zuverlässige Quecksilberabscheidung
  • CO2-Abscheidung mittels Aminwäsche (post-combustion capture): Erprobung und Entwicklung Waschlösungen mit Aminen oder Aminosäuresalzen, verfahrenstechnische Optimierung bereits bestehender Technologien und Entwicklung neuer Konzepte (u.a. Sprühwäscher zur CO2-Abtrennung der mit einem REA-Wäscher vergleichbar ist)
  • Untersuchung der Abtrennung von CO2 aus Biogas mit dem Ziel der anschließenden Einspeisung in das Erdgasnetz; Einsatz von Verfahren die zum Teil mit der Rauchgasbehandlung vergleichbar sind und zum Teil spezifisch für diese Anwendung entwickelt werden

Luftreinhaltung

  • Entwicklungen zur Reduktion von Schadstoffemissionen bei Verbrennungsprozessen durch primäre und sekundäre Maßnahmen
  • Biomasseverbrennung, Schadstoffbildung und Betriebsverhalten von Öfen und Feuerungen
  • Berechnung der Emissionen von kleinen und mittelgroßen Biomassefeuerungen
  • Entwicklungen und Anwendung von Messtechniken für Emissionen von Flammen, Feuerräumen und Verbrennungen sowie für Umgebungsluftverunreinigungen
  • Einsatz der numerischen Verbrennungssimulation bei Kleinfeuerungsanlagen zur Verbesserung des Verbrennungsverhaltens
  • Untersuchungen zur Innenraumluftqualität
  • Immissionsmessungen in der Umgebungsluft an Autobahnen und in Städten
  • Berechnung der Emissionen unterschiedlicher Quellen (u.a. Verkehr, Hausfeuerungen etc.) in Kombination mit Ausbreitungssimulationen (u.a. HBEFA, AUSTAL, MISKAM)
  • Fesselballonmessungen von Schadstoffen und meteorologischen Parametern zur Erfassung der Vertikalverteilung der gemessenen Parameter während einer begrenzten Zeitperiode
  • Mobile Messungen in dichtbesiedelten Städten mit Hilfe eines mit Messgeräten bestückten Messfahrrads
Ballon in Form eines Zeppelins
Fesselballon (10 m lang, 3,5 m Durchmesser, 56 m³ Volumen, ca. 15 kg Tragkraft) zur Bestimmung der Vertikalverteilung von meteorologischen Parametern und Luftverunreinigungen bis in eine Höhe von 1.000 m ü.G.

Laufende Projekte - Forschungsbereich Rauchgasreinigung

Nachfolgend stellen wir Ihnen unsere aktuellen Forschungsprojekte kurz vor. Da es sich dabei meist um Gemeinschaftprojekte mit mehreren Partnern handelt, wird hier nur auf die Aufgabe des IFK im jeweiligen Projekt eingegangen. Sollten Sie Fragen zu den Projekten haben, können Sie sich gerne an den jeweiligen Bearbeiter/die jeweilige Bearbeiterin oder Herrn Marc Oliver Schmid wenden.

Im Fokus steht die Erprobung und Bewertung eines optimalen Anlagenkonzeptes zur chemischen CO2-Abtrennung aus Rauchgasen mittels Aminwäsche (post combustion capture). Die Absorption über Packungskolonnen ist dabei in der chemischen Industrie seit vielen Jahren Stand der Technik. Dies bietet einen optimalen Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung des Verfahrens, um den spezifischen Anforderungen fossiler CO2-freier Kraftwerke der Zukunft gerecht zu werden. Der Einsatz eines Sprühwäschers bietet hierbei besondere Vorteile. Durch das Entfallen der Packung können sowohl die Investitionskosten als auch der Energiebedarf für den Gesamtprozess gesenkt und der mögliche Betriebsbereich erheblich vergrößert werden. Ein Sprühabsorptionsprozess wurde hierfür nach Versuchen im Labormaßstab im Technikumsmaßstab umgesetzt und ein Sprühwäscher mit einem Rauchgasvolumenstrom von 120 m3/h erprobt. Neben Monoethanolamin (MEA) können auch alternative aminbasierte Absorptionsmittel (z.B. Aminosäuresalze) getestet werden. Der Prozess soll optimiert und ein effizientes und wirtschaftliches Sprühabsorptionsverfahren unter größtmöglicher Lastflexibilität entwickelt werden. Eine abschließende energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses ermöglicht die Abschätzung des Energiebedarfs und der CO2-Vermeidungskosten.

Bearbeiter: Marc Oliver Schmid

Im Fokus steht die Erprobung und Bewertung eines optimalen Anlagenkonzeptes zur chemischen CO2-Abtrennung aus Rauchgasen mittels Aminwäsche (post combustion capture). Die Absorption über Packungskolonnen ist dabei in der chemischen Industrie seit vielen Jahren Stand der Technik. Dies bietet einen optimalen Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung des Verfahrens, um den spezifischen Anforderungen fossiler CO2-freier Kraftwerke der Zukunft gerecht zu werden. Der Einsatz eines Sprühabsorbers stellt hierbei einen besonderen Vorteil dar. Durch die Entwicklung einer nachgeschalteten Sprühwäsche, die sich nicht nur durch eine hohe Flexibilität bei häufigem Lastwechsel des Kraftwerkes auszeichnet, sondern auch ein weitaus kostengünstigeres Verfahren darstellt, können bestehende Kraftwerke nachgerüstet werden. Die Sprühabsorption wird nach Versuchen im Labormaßstab im Technikumsmaßstab umgesetzt und ein Sprühwäscher mit einem Rauchgasvolumenstrom von 100 m3/h erprobt. Weiterhin werden zu Monoethanolamin (MEA) alternative aminbasierte Waschlösungen (Aminlösungen, Aminosäuresalze) getestet. Diese werden hinsichtlich ihres Energiebedarfs zur Regeneration bewertet. Durch Optimierung des Anlagenbetriebs wird zudem eine Einsparung der Regenerationsenergie erzielt. Das Projekt wird durch die Ermittlung geeigneter Materialien für die optimale Auslegung von Anlagenbauteilen abgerundet.

Bearbeiter/Bearbeiterin: Oliver Seyboth, Simone Zimmermann

Im vom BMBF im Rahmen der Förderinitiative „Materialforschung für die Energiewende“ geförderten Verbundprojekt wird am IFK ein innovatives Biogasaufbereitungsverfahren entwickelt. Dabei wird die Fähigkeit bestimmter Ionenaustauscherharze genutzt, CO2 aus der Gasphase zu binden. Das CO2 aus dem Biogas wird von den Harzen adsorbiert und das gereinigte Methan wird als Produktgas abgeleitet. Anschließend erfolgt die Regeneration des Adsorbers durch Spülung mit Luft. Dazu werden gezielt vom Projektpartner Purolite® hergestellte Harze untersucht, um unter anderem die Funktionsweise der CO2-Adsorption und Desorption klären zu können. Auch eine mögliche Degradation der Harze und ihre Ursachen soll betrachtet werden. Eine Verbesserung der Energieeffizienz des Verfahrens soll durch den Einsatz von Latentwärmespeichern (PCM) erfolgen. Da die Adsorption ein exothermer Prozess ist, ist die Wärmeintegration von besonderer Bedeutung für den Prozess. Hierzu soll unter anderem die Integration des PCM Materials in die Harzschüttung oder in die Kolonne untersucht werden. Diese nehmen während des Schmelzens Wärme aus der Umgebung auf und geben diese beim Unterschreiten der spezifischen Erstarrungstemperatur wieder ab und stellen sie der Regeneration des Harzes zur Verfügung. Durch diese Pufferung der Wärme könnte die zyklische Arbeitskapazität der Ionenaustauscherharze deutlich angehoben werden. Die PCM Materialien werden vom Projektpartner RUBITHERM® entwickelt und bereitgestellt. Das technisch einfach umzusetzende Verfahren arbeitet drucklos bei konstanter Temperatur und benötigt keine Chemikalien. Damit soll es auch kleineren Biogasanlagen die Möglichkeit zur Einspeisung des erneuerbaren Energieträgers Biomethan ins Erdgasnetz eröffnen.

Bearbeiter: Daniel Safai

Im Rahmen eines von mehreren Partnern aus der Industrie geförderten Forschungsprojektes sollen Möglichkeiten zur Optimierung der gängigen Rauchgasreinigungskette von Steinkohlekraftwerken hinsichtlich der Quecksilberabscheidung  untersucht werden. Ziel ist es, durch geeignete Verfahrenskombinationen und Betriebsweisen, die Quecksilberemissionen an einem ausgewählten Steinkohleblock zwischen 1-2 µg/m³ i.N. zu halten. Dadurch sollen die von der EU beschlossenen und ab 2021 geltenden schärferen Grenzwerte für Quecksilberemissionen aus Großfeuerungsanlagen sicher eingehalten werden können. Gleichzeitig soll die Qualität der Anfallenden Nebenprodukte den mit den Verwertern vereinbarten Kriterien entsprechen.

Dazu werden verschiedene Großversuche an einem Steinkohleblock durchgeführt und mit begleitenden Messungen hinsichtlich Quecksilberminderung ausgewertet. Für eine detaillierteres Verständnis der Quecksilberabscheidung, besonders die Co-Abscheidung in der nassen Rauchgasentschwefelungsanlage (REA) sowie möglicher Re-Emissionen, werden begleitende Versuche im Labormaßstab durchgeführt. 

Bearbeiterin: Weronika Kogel

Kürzlich abgeschlossene Projekte - Forschungsbereich Rauchgasreinigung

Momentan wird Biogas vorrangig zur Erzeugung von Grundlaststrom in Blockheizkraftwerken (BHKWs) verwendet. Hierbei findet oft nur eine unzureichende Wärmenutzung statt. Im Rahmen des Projekts werden weitere nachhaltige und flexible Wertschöpfungsketten für Biogas in Baden-Württemberg untersucht. Dafür werden technische Konzepte zur flexiblen, bedarfs- und standortgerechten Biogasspeicherung und -nutzung verglichen und bezüglich der Anwendung in Baden-Württemberg bewertet. Zu den betrachteten Nutzungskonzepten zählen: die Aufbereitung mit Einspeisung des Biomethans ins Erdgasnetz mittels verschiedener Aufbereitungsverfahren, die Aufbereitung und Nutzung in einer Direkttankstelle an der Biogasanlage, die Zwischenspeicherung mit bedarfsgerechter Verstromung in einem BHKW sowie weitere kombinierte flexible Verwertungskonzepte. Das Potenzial der jeweiligen Nutzungskonzepte wird durch eine modellbasierte Studie ermittelt. Die Betrachtung beinhaltet sowohl ein geografisches Modell der Situation in Baden-Württemberg wie auch verfahrenstechnische Modelle der Biogasnutzungskonzepte, die in einer Prozesssimulationssoftware abgebildet und verglichen werden. Die Definition der Szenarien und die Bewertungskriterien werden in Zusammenarbeit mit Fachleuten und der Öffentlichkeit erarbeitet.

Bearbeiter: Tobias Schwämmle

Ziel des Projekts ist die wissenschaftliche Untersuchung eines innovativen Biogasaufbereitungsverfahrens. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine chemische CO2-Wäsche mit Aminosäuresalzlösungen. Die Regeneration der beladenen Waschlösung erfolgt durch eine Kombination aus Temperaturerhöhung und Spülen der Lösung mit Luft. Dadurch wird der CO2-Partialdruck während der Desorption gesenkt und es kommt bereits bei niedrigeren Temperaturen zu einer Regeneration der Waschlösung. Durch die im Vergleich zur herkömmlichen Aminwäsche niedrigere Prozesstemperatur, bei der eine Wärmeintegration möglich wäre, ermöglicht das Verfahren eine effiziente Biogasaufbereitung, die auch schon für kleine Biogasanlagen wirtschaftlich sein könnte. Ein weiterer Vorteil des niedrigen Temperaturniveaus und des Sorptivs liegt in der größeren Beständigkeit gegenüber Degradation. Im Rahmen des Projekts soll eine flexible Versuchsanlage im Technikumsmaßstab gebaut und betrieben werden. Zudem sollen relevante Stoffeigenschaften verschiedener Aminosäuresalzlösungen bestimmt werden, die für ein Upscale und eine computergestützte Prozesssimulation benötigt werden. Mittels der generierten Daten wird eine Prozesssimulation in durchgeführt, mit der der direkte Vergleich dieses Verfahrensprinzip mit den nach dem Stand der Technik angewandten Biogasaufbereitungsverfahren möglich ist.

Bearbeiterin: Barbara Klein

Durch experimentelle Untersuchungen an kontinuierlich betriebenen Ein- und Zweikreis REAs im Labor- und Technikumsmaßstab sowie an einer REA in einem Großkraftwerk werden diverse Vorgänge des REA Prozesses im Rahmen von Langzeitexperimenten genauer betrachtet und untersucht. Die Versuche beschäftigen sich dabei intensiv mit der Chemie des REA-Wäschers und sollen zu einem verbesserten Verständnis im Hinblick auf die Vorgänge bei der SO2-Abtrennung im Bereich des Absorbers und der REA-Sumpfsuspension führen. Von besonderer Bedeutung sind dabei dynamische Effekte in REAs aufgrund steigender Flexibilitätsanforderungen an fossil befeuerte Kraftwerke. Hierbei werden Phänomene wie der Langzeitverlauf des pH-Werts und des Redoxpotentials, Kalksteinblinding und das Verhalten von Quecksilber detailliert betrachtet.

Bearbeiter:  Silvio Farr, Barna Heidel

Die Reduktion der Stickoxide durch den Einsatz von SCR-DeNOx-Katalysatoren ist heute Stand der Technik. Dennoch stellen Biomassefeuerungen, die Mitverbrennung von Sekundärbrennstoffen oder die Verlängerung der Standzeit hohe Ansprüche an die verwendeten Katalysatoren. Im Rahmen des Projekts untersucht das IFK in Mikroreaktoruntersuchungen und Technikumsversuchen neu entwickelte Katalysatoren. Diese wurden hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung, der Geometrie und durch den Einsatz von Nanomaterialien modifiziert. Während der Versuche werden insbesondere die am Katalysator parallel ablaufenden Reaktionen der Entstickung, Quecksilberoxidation und SO2/SO3-Konversion in verschiedenen Rauchgasatmosphären und deren Auswirkungen auf die nachgeschaltete Rauchgasreinigung ermittelt.

Bearbeiter: Tobias Schwämmle
Link: http://devcat.eu-projects.de

Abgeschlossene Projekte - Forschungsbereich Rauchgasreinigung

Im Rahmen des Projekts soll der Einsatz von Waschmitteln basierend auf Aminosäuresalzen zur Absorption von CO2 aus Biogas und ein innovatives Verfahren zur Regeneration des Waschmittels durch Luftspülung untersucht und angepasst werden. Ziel ist es, das Biogas ohne nennenswerte Methanverluste aufzubereiten und ins Erdgasnetz einzuspeisen. Gleichzeitig sollen der Energiebedarf und die Anlagen- bzw. Betriebskosten minimiert und die Technik der Biogasaufbereitung weiterentwickelt und verbessert werden. Durch die Reduktion der Aufbereitungskosten wäre der Einsatz auch auf kleineren Biogasanlagen möglich.

Bearbeiterin: Barbara Klein

Untersuchung zur Regeneration von aminhaltigen Waschlösungen und Erprobung von Desorbervarianten

Bearbeiter: Oliver Seyboth

Zur Reduktion der CO2-Emissionen ist der Einsatz von regenerativen Energiequellen ein wichtiger Faktor. Eine Möglichkeit stellt die fermentative Produktion und Aufbereitung von Biogas dar. In einem neuen 2-stufigen Verfahren soll fermentativ aus Biomasse Wasserstoff und Bioerdgas durch den Einsatz einer innovativen Gasaufbereitungstechnologie erzeugt werden. Dazu werden am IFK Laborversuche zur CO2-Abtrennung aus den beiden Produktgasen durchgeführt sowie die Aufbereitung von realem Biogas in einer Modellanlage untersucht. Des Weiteren wird der fermentative Schritt mit der Gasaufbereitung gekoppelt und labortechnisch über einen längeren Zeitraum zur Demonstration der Machbarkeit betrieben.

Bearbeiterin: Katharina Raab

Die Oxidation von Quecksilber an SCR-DeNOx-Katalysatoren ist von entscheidender Bedeutung im Hinblick auf die Abtrennung von Quecksilber aus dem Rauchgas. Dazu werden am IFK Mikroreaktoruntersuchungen und Technikumsversuche mit SCR-Katalysatoren durchgeführt und neue Katalysatorzusammensetzungen erprobt. Während der Versuche werden neben der Aktivität die Quecksilberoxidation und die SO2-SO3-Konversion ermittelt. Im Rahmen von Kraftwerksmessungen an SCR-DeNOx-Analgen wird der Einfluss der Deaktivierung auf die Entstickung, die Quecksilberoxidation und die Konversion von SO2 erfasst und bewertet.

Durch experimentelle Untersuchungen an einer Labor-REA, einer Technikums-REA sowie an einer REA in einem Großkraftwerk werden diverse Vorgänge des REA Prozesses im Rahmen von Langzeitexperimenten genauer betrachtet und untersucht. Die Versuche beschäftigen sich dabei intensiv mit der Chemie des REA-Wäschers und sollen zu einem verbesserten Verständnis im Hinblick auf die Vorgänge bei der SO2-Abtrennung im Bereich des Tropfenschwarms und der REA-Sumpfsuspension führen. Von besonderer Bedeutung sind dabei Phänomene wie der Langzeitverlauf des pH-Werts und des Redoxpotentials, Kalksteinblinding und das Verhalten von Quecksilber.

Die sichere Abtrennung von Quecksilber ist von hoher Bedeutung zum Schutz der Umwelt und des Menschen. Eine Möglichkeit dabei ist die Abtrennung mittels Sorbentien, die dem Rauchgas zugegeben werden. Im Rahmen des Projekts werden neu entwickelte Sorbentien durch Technikumsversuche erprobt und bewertet. Ziel dabei ist eine zuverlässige und sichere Abtrennung von Quecksilber. Des Weiteren werden während den Versuchen Katalysatoren zur Quecksilber-Abtrennung und -Oxidation getestet.

Zur sicheren Abschätzung von Betriebszuständen sowie von Umbaumaßnahmen ist ein zuverlässiges Simulationsmodell unumgänglich. Die Beschreibung von Rostfeuerungen, insbesondere Müllverbrennungsanlagen, ist auf Grund der Inhomogenität des Brennstoffs und der Brennstoffbewegung sehr komplex. Das IFK führt an einer Technikums-Rostfeuerung und einer großtechnischen Rostfeuerung Messungen durch, mit deren Hilfe ein Simulationsmodell erzeugt und validiert wird.

Im Rahmen des Projekts wurde die Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen mit wässrigen Aminlösungen untersucht. Dabei wurde neben neuen Lösungsmitteln (CASTOR-1 und CASTOR-2) auch eine Versuchsanlage im dänischen Esbjerg in Betrieb genommen (Abtrennkapazität 1t CO2/h). Das IFK baute während des Projekts eine Technikumsanlage (Abtrennkapazität 8kg CO2/h) auf und führte dort Versuche mit den Lösungsmitteln durch.

Biogas, das im Wesentlichen aus Methan und Kohlendioxid besteht, kann zu Erdgas aufbereitet und in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden. Entscheidend dabei ist eine effiziente und kostengünstige CO2-Abtrennung. Das IFK erprobt im Rahmen des Projekts ein innovatives Verfahren zur CO2-Abtrennung, mit dem die Gewinnung von Bioerdgas kostengünstig möglich sein soll.

Projekte - Forschungsbereich Emission

(z.B. im Rahmen der Überwachungsmessungen nach 1. BImSchV)

Abschlussberichte:

Versuchseinrichtungen: diverse mechanisch beschickte Heizkessel im Leistungsbereich 20 bis 120 kW; gewerbliche Anlagen (z.B. Heu, Stroh, Reste der Getreidereinigung) zur Verbesserung der Betriebssicherheit und des Ausbrandes bei gleichzeitiger NOx-Minderung im Bereich < 1.000 kW Wärmeleistung

Abschlussbericht:

Verbundvorhaben: Entwicklung einer Feuerungsanlage zur energetischen Nutzung von landwirtschaftlichen Reststoffen auf Basis der AirRo®-Brennertechnologie

(z.B. mit stündlicher Auflösung unter Berücksichtigung des witterungsabhängigen Energieverbrauchs der Feuerungen)

Abschlussbericht:

Ganzheitliche Bewertung von Holzheizungen

Projekte - Forschungsbereich Immission

Fesselballonmesstechnik für Bestimmung der Vertikalverteilung von meteorologischen Parametern und Luftverunreinigungen
Fesselballonmesstechnik für Bestimmung der Vertikalverteilung von meteorologischen Parametern und Luftverunreinigungen

Nachfolgend eine kurze Beschreibung der Aktivitäten im Projekt:
„Stadtklima im Wandel“ - Urban Climate Under Change [UC]² ist eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierte Fördermaßnahme zur Entwicklung eines innovativen Stadtklimamodells. Das Forschungsprogramm zielt darauf ab, ein gebäudeauflösendes Stadtklimamodell zu entwickeln und zu evaluieren.
In Langzeitbeobachtungen und Intensivmesskampagnen werden Daten zu Wetter und Klima sowie Aerosolen und Luftschadstoffen in Stuttgart, Berlin und Hamburg erhoben. Das Ziel der Messungen ist, eine dreidimensionale Erfassung der Stadtatmosphäre.
 
Die Rolle der Universität Stuttgart im Projekt:
Die Abteilung Reinhaltung der Universität Stuttgart arbeitet in Modul B [UC]²: B-3DO zusammen mit 19 weiteren Partnerinstitutionen in Deutschland, u.a. auch mit der Landeshauptstadt Stuttgart, Amt für Umweltschutz, Abt. Klimatologie, welche das neue Modell mit existierenden und neuen drei-dimensionalen Beobachtungsdaten evaluieren wird. Die Abteilung Reinhaltung der Universität Stuttgart beschäftigt sich mit der Untersuchung der städtischen Grenzschicht und dort im Speziellen mit der Untersuchung der Einflüsse von thermisch-induzierten Windsystemen auf die Luftqualität in Stuttgart. U.a. werden Vertikalprofile meteorologischer Größen (Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Feuchte) sowie lufthygienischer Parameter (Aerosole, Ruß, Stickstoffoxide, Ozon) während sogenannter IOPs (Intensive Operation Periods), die jeweils über einen Zeitraum von zwei Monaten über zwei Jahre verteilt, andauern. Insgesamt werden vier IOPs in den Jahren 2017 und 2018 stattfinden. Die Vertikalprofilmessungen werden bis zu einer Höhe von 500 m über Grund mit Hilfe eines Fesselballons erfolgen.
Auch mobile Messungen mit Hilfe eines Fahrrads werden durchgeführt.
Bestehende Langzeitbeobachtungen (LTO) des Stadtklimas in Stuttgart werden weitergeführt und um Messungen von Stickstoffdioxid, Stickstoffoxiden und Ozon ergänzt. Lücken in den LTO-Daten der luftchemischen Komponenten werden mit Hilfe von Passivsammlern geschlossen.
Zudem ist geplant, dass die Zahnradbahn der SSB als Messfahrzeug genützt wird. Die Zahnradbahn soll entweder mit Sensoren oder mit Messgeräten ausgerüstet werden, die kontinuierlich meteorologische Parameter und Luftverunreinigungen während der Fahrt vom Marienplatz nach Degerloch und zurück erfassen. Somit sollen Profilmessungen vom Stuttgarter Talkessel bis auf den umgebenden Höhenzug durchgeführt werden.

Link zur Projekthomepage: http://uc2-3do.org/

Mooswand, 100m lang und 3m hoch, am Rande der Bundesstraße B14 in Stuttgart
Mooswand, 100m lang und 3m hoch, am Rande der Bundesstraße B14 in Stuttgart

Es gibt eine ganze Anzahl von theoretischen Betrachtungen und praktischen Versuchen sowohl im Labor und als auch im Freiland, die belegen, dass Begrünungsmaßnahmen an stark durch Luftverunreinigungen belasteten Standorten zu einer Reduzierung der Konzentrationen von Luftschadstoffen in der Außenluft fuhren können.

Darüber hinaus haben Begrünungsmaßnahmen einen weiteren sehr wichtigen positiven Effekt auf das Stadtklima. Aufgrund der Retention von Niederschlagswasser, das am sofortigen Abfließen an der Erdoberflache gehindert wird und im Erdreich gespeichert wird, kommt es zu einer Zwischenspeicherung und einer gleichmäßigen Abgabe der Feuchte durch Verdunstung.

Zusätzlich wird über die Blattoberflache der Vegetation Wasser verdunstet. Bei der Verdunstung von Wasser wird Energie benötigt, die der Umgebungsluft in Form von Wärme entzogen wird. Der Nahbereich von städtischen Vegetationsflachen wird so weniger stark erwärmt. Es entstehen kühle Inseln, die vor allem in den Sommermonaten von den Bürgerinnen und Bürgern als Orte der Erholung genutzt werden. Durch diese kühlende Wirkung städtischer Vegetation wird außerdem dem städtischen Wärmeinseleffekt an besonders heißen Tagen und Nachten wahrend Hitzeperioden aktiv entgegengewirkt. Ein dritter positiver Effekt von Vegetation in Städten, der nicht zu vernachlässigen ist und der an der Stadtplanung beteiligten Entscheidungsträgern am Herzen liegen muss, ist eine Erhöhung des subjektiven Wohlbefindens der Stadtbewohner. Vegetation wird als positiver Kontrast zu den vielen anderen in Städten verwendeten Baumaterialien empfunden.

Mooswände haben vermutlich eine größere Feinstaub- und NO2-reduzierende Wirkung als andere Pflanzen. Hierbei spielen folgende Grunde und Mechanismen eine Rolle:

  • Die Oberflache einer Pflanze und damit die Abscheideflache, hat einen großen Einfluss auf die Abscheideleistung einer Pflanze. Laubmoose besitzen eine sehr große Oberfläche, um den Faktor 30 größer als viele andere Pflanzen.
  • Des Weiteren sind die Moosoberflachen negativ geladen, wodurch sie Partikel an ihrer Oberflache durch elektrostatische Anziehungskräfte festhalten können. Einem späteren Wiederaufwirbeln wird somit entgegen gewirkt.
  • Immergrüne Moose verlieren in den Wintermonaten ihre Abscheidewirkung nicht, im Gegensatz zu laubtragenden Pflanzen.
  • Moose besitzen kein Wurzelwerk und nehmen sowohl Wasser als auch Nährstoffe über die Oberflache auf. Insbesondere anorganische wasserlösliche Substanzen wie Ammoniumnitrat, das auch in erheblichem Maße im städtischen Feinstaub enthalten ist, wird über die Moosoberflache von der Pflanze aufgenommen und verwertet.
  • Organische Bestandteile der Feinstaubs, verursacht durch Reifenabrieb und Abgasemissionen, werden an der Oberflache der Moose durch sich dort befindliche Bakterien abgebaut.
  • Weitere Feinstaubbestandteile werden durch den zuvor beschriebenen elektrischen Effekt festgehalten und bei Gelegenheit durch Regen bzw. als Nebeneffekt bei einer aktiven Bewässerung der Moose abgespult und sedimentieren am Boden.

Die beschriebenen Erkenntnisse zur feinstaubmindernden Wirkung von Moosen wurden in mehreren Laborstudien gewonnen). Bisher liegen noch keine quantitativen Ergebnisse von Feldversuchen zur Wirksamkeit von großflächigen Mooswänden vor. Die genannten Literaturstellen lassen aber stark auf eine ebensolche Wirkung schließen.

Die Wirkung der Reduzierung von Luftverunreinigungen durch Mooswände, sowohl von Feinstaub als auch von Stickstoffoxiden, wird in Stuttgart im Rahmen der Pilotstudie unter Feldbedingungen untersucht.

Projektpartner sind das Rosensteinmuseum Stuttgart und das Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen – ITKE – Universität Stuttgart.

Im Rahmen des Projektes sollen Nasswäscher auf Basis textiler Gewirke aus innovativen und chemisch beständigen Fasern für die Feinstaubreduzierung entwickelt werden. Aufgrund der dreidimensionalen bionisch inspirierten Netzstruktur können beste Bedingungen für die Zusammenführung und Bindung der Staubpartikel an die Wassertropfen geschaffen werden. Die Partikelabscheidung erfolgt durch Anlagerung der Partikel an die Wassertropfen aufgrund von Trägheitskräften, die folgende Tropfenabscheidung erfolgt definiert am 3D-Textil. Somit kann eine effiziente Abscheidung von Feinstaub aus der Umgebungsluft erfolgen und eine neue Generation von Nasswäschern für urbane Umgebung entwickelt werden, die weniger Ressourcen für den Bau und Betrieb benötigt als alternative Lösungen.

Die technologischen Aufgaben dazu umfassen:

  • Entwicklung neuartiger Fasermaterialien mit (spezieller Oberfläche) benetzenden und/oder nicht benetzenden Strukturen auf den Oberflächen zur Aerosolabscheidung insbesondere für Feinstaub.
  • Gezielte Entwicklung und Herstellung verschiedener Abstandsgewirk-Strukturen im Hinblick auf die Eigenschaften der Koaleszenz, des Flüssigkeitstransportes und der Flüssigkeitsabscheidung.
  • Entwicklung dreidimensional-räumlicher Anordnungen der Staubfänger-Abscheideelemente mit definierten strömungsmechanischen und filtrationstechnischen Eigenschaften.
  • Entwicklung und Bewertung unterschiedlicher Bedüsungssysteme hinsichtlich ihrer feinstaubreduzierenden Wirkung und Aerosolbildung.
  • Hocheffiziente Feinstaubabscheidung durch Auskämmen der Aerosole und eine schnelle Ableitung in den Abstandstextilien. Entscheidend für ihre Abscheideeffizienz ist neben der effektiven Geschwindigkeit zwischen Wassertropfen und Staubpartikeln die Tropfengrößenverteilung des versprühten Mediums.
  • Entwicklung von modulbasierten Staubfänger- Systemen zur leichten Integration in Tunnelein- und –ausgängen bzw. Lüftungsanlagen von Tunnelbauten sowie entlang viel befahrener Straßen mit besonders hohen Feinstaubwerten.
  • Entwicklung eines modularen Tragsystems mit möglichst geringem aber dauerhaften Materialeinsatz, das sich für die Anforderungen im Außenbereich eignet
  • Ressourcensparend durch Wasserkreislaufführung mit entsprechender Partikelabscheidung und Regeneration der Absorptionslösung.

Das Feinstaub-Fängersystem basiert auf einer Nassreinigung unter dem Einsatz einer Kombination aus einem

  1. Sprühwäscher, der über Wassertröpfchen Feinstaub an die Tropfen bindet und in die Flüssigphase überführt,
  2. Textil-Aerosolfangnetz: Die Tröpfchen schlagen sich dort nieder, werden abgeleitet und gesammelt,
  3. Wasseraufbereitungssystem. Das Wasser wird über bewährte Systeme gefiltert und kann frisch versprüht werden. Das Filtrat (Filterkuchen aus Feinstaub) wird entsorgt (Abwasserkanalisation, Deponierung oder industrielle Verwertung nach Auftrennung).

Weitere Projektpartner im Verbundprojekt sind:

  • DITF, Denkendorf
  • Essedea GmbH & Co. KG, Wassenberg
  • Officium, Design Engineering GmbH, Stuttgart:

Bestimmung des Ist-Zustands der Luftverschmutzung in Buenos Aires, des Auftretens spezifischer lokaler Luftströmungssysteme in der städtischen Atmosphäre und ihr Einfluss auf die Verteilung der Luftverschmutzung in Buenos Aires.

Dissertation:

Measurement and Modeling of the Spatial Distribution and Temporal Variation of Ambient Particulate Matter - A method developed for the example of Buenos Aires

Veröffentlichungen:

Arkouli, M.; Ulke, A.; Endlicher, W.; Baumbach, G.; Schultz, E.; Vogt, U.; Müller, M.; Dawidowski, L.; Faggi, A.; Wolf-Benning, U.; Scheffknecht, G.: Distribution and temporal behavior of particulate matter over the urban area of Buenos Aires
Atmospheric Pollution Research, Heft 1, Seite(n): 1-8; DOI 10.5094/APR.2010.001; 2010

Ulke, G.; Arkouli, M.; Baumbach, G.; Endlicher, W.: Structure and Evolution of the Atmospheric Boundary Layer in Buenos Aires and ist Relationship with Air Quality
Tagungsband: European Aerosol Conference 2009, September 6 - 11, 2009, Karlsruhe; 2009

Arkouli, M.; Baumbach, G.; Endlicher, W.; Vogt, U.; Schultz, E.; Ulke, A.: Determination of Spatial and Temporal Pollutants Distribution over Buenos Aires City by Tethered Balloon, Grid and Continuous Ground Measurements
Tagungsband: VDI-Berichte 2040 "Neue Entwicklungen bei der Messung und Beurteilung von Luftqualität", 24 und 25. Juni 2008; Seite(n): 247-250; ISBN: 978-3-18-092040-5; 2008

Arkouli, M.; Baumbach, G.; Vogt, U.; Ulke, A.; Endlicher, W.; Schultz, E.; Müller, M.; Wolf-Benning, U.: A Practical and Low-cost Method to Access the Air Quality in Large Cities: Buenos Aires Experience
Tagungsband: 6th Better Air Quality, 12 - 14 November 2008, Bangkok, Thailand; 2008

Vogt, U.; Endlicher, W.; Baumbach, G.; Schultz, E.; Dawidowski, L.; Arkouli, M.; Müller, M.; Wolf-Benning, U.: Air Quality and Urban Climate Investigations in the Megacity of Buenos Aires Tagungsband: 6th International Conference on Urban Air Quality, 27-29 March 2007, Limassol, Cyprus; 2007


Arbeitsgruppe Luftreinhaltung der Universität Stuttgart

Universitätsbereich Vaihingen, Pfaffenwaldring 23
 
Fax:
E-Mail
0711 685 6 34 91
Sprecher:
Telefon:
Apl. Prof. Dr.-Ing. Rainer Friedrich
0711 685 8 78 12
Geschäftsführer:
Telefon:
 
Apl. Prof. Dr.-lng. habil. Günter Baumbach
07157 64150
E-Mail
ICVT Institut für Chemische Verfahrenstechnik
IER Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung
IFK Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik
IGTE Institut für Gebäudeenergetik, Thermotechnik und Energiespeicherung
IPA Frauenhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung,
Abt. Beschichtungssystem- und Lackiertechnik
IMVT Institut für Mechanische Verfahrenstechnik
ISWA Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte und Abfallwirtschaft
ISV Institut für Straßen- und Verkehrswesen
ITT Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik
ITV Institut für Technische Verbrennung
DITF Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf
IVK Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen
IfW Institut für Werkzeugmaschinen
IBP Lehrstuhl für Bauphysik
MPA Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart
(MPA Stuttgart, Otto-Graf-Institut (FMPA))
HS-
Esslingen
Hochschule Esslingen - University of Applied Sciences
Labor Instrumentelle Analytik und Umweltanalytik
HFR Hochschule für Forstwirtschaft Rottenburg,
Bereich Feuerungstechnik
IPM Uni Hohenheim,
Institut für Physik und Meteorologie

Kontakt

Dieses Bild zeigt  Ulrich  Vogt
Dr.-Ing.

Ulrich Vogt

Leiter der Abteilung Rauchgasreinigung und Luftreinhaltung (RuL)

Dieses Bild zeigt  Marc Oliver Schmid
M.Sc.

Marc Oliver Schmid

Stellvertretender Leiter der Abteilung Rauchgasreinigung und Luftreinhaltung (RuL)

Zum Seitenanfang