Ich erinnere mich genau an den Tag, als ich als Kind mit einem zerlegten ferngesteuerten Auto im Wohnzimmer saß, das ich zum Geburtstag bekommen hatte. Ich entdeckte meine Fähigkeit, Dinge im Detail zu untersuchen und sie nicht als „schwarze Boxen“ zu akzeptieren. Nach einiger Zeit wechselte meine Umgebung vom Wohnzimmer zu den Vortragssälen namhafter Universitäten, an die Stelle des demontierten Spielzeugautos traten komplexere und realistische Problemstellungen und die Richtung meines Berufsweges wurde klarer.
2012 kam ich als frischgebackener Maschinenbauabsolvent aus Pakistan nach München und erhielt mein Master Degree in Energietechnik an der Technischen Universität München. Der Wechsel nach Europa war eine herausfordernde Entscheidung, allerdings wollte ich die Chance nutzen mit ausgewiesenen Fachleuten zusammenzuarbeiten. Des Weiteren schien auch eine Forschungskarriere in Institutionen mit innovativen und dem Stand der Technik entsprechenden wissenschaftlichen Ideen möglich, wodurch ich die Herausforderung gerne annahm.
Derzeit arbeite ich bei der AEE INTEC im Bereich „Industrielle Prozesse und Energiesysteme“, in einem hochmotivierten und erfahrenen Team. Im Fokus meiner Arbeit bei AEE INTEC steht die Membrandestillation, ein thermisch getriebenes Membran-Trennverfahren. Aufgrund des geringeren elektrischen Energiebedarfs und seiner Eignung für die Integration von erneuerbaren Energieressourcen besitzt die Membrandestillation Potenzial zum effizienten Einsatz in industriellen Prozessen. Einsatzmöglichkeiten bieten sich in Abwasserbehandlungsanlagen, der Galvanik, der Lebensmittelindustrie oder bei Entsalzungsanlagen. Meine Arbeit behandelt die experimentelle und simulationstechnische Analyse des Membrandestillationsprozesses für verschiedene industrielle Anwendungen.
Obwohl ich manchmal das pakistanische Essen und Leben vermisse, fühle ich mich aufgrund der freundlichen Menschen, der malerischen Landschaften und des organisierten Lebensstils in Österreich bereits zu Hause. Dazu hat auch die angenehme Arbeitsatmosphäre bei AEE INTEC, die durch gemeinsames Fiebern bei Fußballmeisterschaften, Laufevents, Grillpartys, Geburtstagsfeiern und das gemeinsame Feiern persönlicher Meilensteine zusätzlich gestärkt wird, beigetragen. Durch Einblicke meines früheren Arbeitgebers dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme kann ich sagen, dass die Professionalität, die wissenschaftliche Expertise und Fähigkeiten der Mitarbeiter von AEE INTEC zweifellos zu den besten in Europa gehören. Jeden Morgen komme ich mit einem Lächeln ins Büro und dafür möchte ich mich bei meinen Kollegen von AEE INTEC ganz herzlich bedanken.
Im Projekt „Galvano MD“ ist es dem steirischen Unternehmen Rotreat gemeinsam mit dem Forschungspartner AEE INTEC gelungen, die Membrandestillation auch für die Galvanik einsetzbar zu machen. In Zukunft ist Galvanisierung durch diese Innovation umweltfreundlicher und ressourcenschonender möglich. Beide Partner wurden am 3. Oktober 2016 im Rahmen der ACR-Enquete für Galvano MD mit dem ACR-Kooperationspreis ausgezeichnet.
Die Membrandestillation ist eine Separationstechnologie – man kann sie überall dort einsetzen, wo flüssige Stoffe getrennt werden sollen. Bei der Gewinnung von Trinkwasser aus Salzwasser beispielsweise. Oder eben in der Galvanik, wo Chemikalienbäder zur Veredelung oder als Korrosionsschutz von Beschlägen oder Autoteilen eingesetzt werden, immer wieder neu aufbereitet werden müssen. Galavanikbäder werden im Produktionszyklus laufend verdünnt. Sogenannte „Aufkonzentrierungen“ sind aufwändig: Die Chemikalien werden regelmäßig komplett ersetzt und es fällt Abwasser an, das stark verunreinigt ist. Der ganze Prozess braucht selbst viel Energie.
Dieser Prozess kann durch Membrandestillation umweltschonender und effizienter durchgeführt werden. Statt die Chemikalien zu entfernen, kann man das Wasser herausfiltern und so die gewünschte Qualität erzielen. Trennverfahren brauchen in der Regel Strom, um eine entsprechende Abtrennung zu erreichen. Die im Projekt „Galvano MD“ von AEE INTEC entwickelte Technologie nutzt die Wärme, die im Galvanikprozess entsteht und als Abwärme normalerweise verloren geht.
Für den erfolgreichen Einsatz der Membrandestillation in der Galvanik waren zunächst viele Versuche notwendig, um die geeigneten Membranen zu finden. Doch die eigentliche Tüftelei begann mit der Umsetzung. Die von AEE INTEC konzipierten Abläufe und die Skalierung auf Industriemaßstäbe setzten eine umfangreiche hochkomplexe Steuerungs- und Messtechnik voraus, die noch dazu in einem Container Platz haben musste, und zwar so, dass ForscherInnen, TechnikerInnen und Ingenieure auch noch genügend Raum finden. Rotreat und AEE INTEC legten die Anlage im Technikumsmaßstab modular an, um alles so flexibel wie möglich zu machen.
Nun soll aus der Technikumsanlage zunächst eine Demonstrationsanlage werden, die dann, etwa in einem halben Jahr, in die Produktion von Roto Frank integriert wird. Die Galvanikbäder werden längere Standzeiten haben, es werden weniger Chemikalien verbraucht und weniger Energie. Das Unternehmen wird seine Kosten durch die Technologie deutlich senken können. AEE INTEC konnte mit diesem Proof of Principle das Einsatzgebiet der Membrandestillation unter Rückgewinnung von Prozesswärme erweitern. Ein Gewinn für alle. Für Robert Gampmayer von Rotreat Abwasserreinigung GmbH ist es wichtig, sich an Zukunftsthemen anschließen zu können: „Energieeffizienz und Wertstoffrückgewinnung sind Ziele, die sich nur durch Innovationen realisieren lassen“, sagt er. Eine Forschungskooperation mit einem Forschungsinstitut wie AEE INTEC hat für ihn daher großes Potenzial. „Nicht nur für uns in diesem speziellen Feld, sondern auch für die österreichische Wirtschaft und die vielen kleinen Unternehmen.“
C. Platzer, S. Meitz „Wertstoffrückgewinnung und Schließung des Wasserkreislaufes in der Galvanikindustrie“ in dieser Ausgabe.
AEE INTEC ist Mitglied des Forschungsnetzwerks ACR Austrian Cooperative Research.
Der Lighting Retrofit Adviser wurde im Rahmen eines Projektes der Internationalen Forschungskooperation (IEA-SHC Task 50) entwickelt und ist als Webversion und App (Android, ios, Windows Phone) verfügbar. Er unterstützt Behörden, Investoren, Planer und Berater bei der Entwicklung von lichttechnischen Sanierungskonzepten
Das Ziel eines Projektes der Internationalen Forschungskooperation (IEA SHC Task 50: "Advanced Lighting Solutions for Retrofitting Buildings") war es, die Sanierung von Beleuchtungsanlagen (Tageslichttechnik, elektrische Beleuchtung und Lichtmanagement) im Nichtwohnbau mit Hilfe innovativer aber praxisnaher Ansätze, die auf eine Vielzahl typischer bestehender Gebäude angewendet werden können, zu unterstützen. An dem Projekt waren insgesamt 18 Partnereinrichtungen aus 11 Ländern beteiligt. Aus Österreich beteiligte sich die Fa. Bartenbach aus Aldrans an dem Projekt. Nachfolgend wird der im Zuge dieses Forschungsprojekts entwickelte „Lighting Retrofit Adviser“ (LRA) vorgestellt.
Der Lighting Retrofit Adviser wendet sich an verschiedene Prozessbeteiligte:
Der Lighting Retrofit Adviser besteht aus zwei Kategorien von Elementen, die sich in einen „Informationsteil” und einen „Berechnungs- und Bewertungsteil” gliedern. Die Abbildung stellt die einzelnen Komponenten im Überblick vor.
Übersicht über die 12 Komponenten des IEA-SHC Task 50 Lighting Retrofit Adviser
Das Tool beinhaltet unter anderem folgende „Informationskomponenten”:
Verbesserungen mit geringem Aufwand - Angesichts der signifikant verbesserten Energieeffizienz im lichttechnischen Bereich ist der direkte Ersatz von veralteten Beleuchtungsanlagen aufgrund geringer Amortisationszeiten wirtschaftlich oft sehr interessant. Für einige typische Anwendungsfälle (z. B. Büros, Schulen, gewerbliche Lagerhäuser/ Einzelhandel) werden TCO-Analysen der Gesamtkosten über einen bestimmten Zeitraum vorgestellt und diskutiert (TCO…Total Cost of Ownership).
35 verschiedene Technologien aus den Bereichen elektrische Beleuchtung, Tageslicht, Lichtmanagement, oder Maßnahmen im Gebäudeinneren werden hier beschrieben und auf Grundlage eines Kriterienkatalogs im Hinblick auf Effizienz, Lichtqualität und thermische Nutzeffekte bewertet. Der Technology Viewer ermöglicht den direkten 1:1-Vergleich unterschiedlicher Technologien.
Auswahl aus insgesamt 35 zur Sanierung von Beleuchtungsanlagen geeigneten Techniken
Auswahl aus 24 untersuchten Fallstudien
Dieser Teil präsentiert 24 Fallstudien, die in verschiedenen geographischen Breiten und Klimazonen
realisiert wurden (u.a. Büroräume, Bildungseinrichtungen, Produktionsstätten, Großhandelsmärkte, Kureinrichtungen/Bäder, etc.). Alle Fallbeispiele wurden auf der Grundlage eines neu entwickelten Monitoring-Protokolls evaluiert, das u.a. Kosten, Beleuchtungsenergieverbrauch, Lichtverhältnisse sowie Nutzeraspekte berücksichtigt. Umfangreiches Bildmaterial und Datentabellen ergänzen die Darstellungen.
Diese Komponenten dienen zum Vergleich unterschiedlicher Instrumente und Metriken/ Kennzahlen und deren Verwendbarkeit bzw. Anwendung bei der Erneuerung von lichttechnischen Anlagen.
In diesem Teil werden die Ergebnisse einer großangelegten Umfrage unter mehr als 1000 Praktikern zum Thema Tools und Methoden in der lichttechnischen Sanierung vorgestellt.
Das Instrument umfasst unter anderem folgende „Berechnungsmöglichkeiten”:
Vergleich von angeschlossener Leistung und Beleuchtungsenergieverbrauch des zu berechnenden Gebäudes mit typischen Kennwerten.
Da Gebäude über dezentrale Beleuchtungsanlagen verfügen, fehlen oft detaillierte Informationen zu Effizienz, Betriebsstunden und somit letztlich zur Wirtschaftlichkeit dieser Anlagen. Der On-site Optimiser ermöglicht eine Vor-Ort-Bewertung und somit die direkte Analyse von Energieeinsparpotentialen (Energie, CO2-Ausstoß, Wirtschaftlichkeit). Durch die automatische Generierung von Sanierungsvorschlägen unterstützt diese Funktion ferner die Entwicklung möglicher Lösungen.
Der „CFS-Express” ermöglicht es, in wenigen Sekunden die Wirkung verschiedener Fassadensysteme (Sonnen-/ Blendschutz) auf die natürliche Beleuchtung von Innenräumen und den Beleuchtungsenergiebedarf abzuschätzen. Er liefert stündliche Werte über ein Jahr. Zur Wahl stehen weltweit 19 repräsentative Standorte.
Der Beleuchtungs- und auch der Fassadenmarkt entwickeln sich nach wie vor sehr dynamisch weiter. Eine verbesserte Abstimmung von Tageslicht und Kunstlicht in Innenräumen unter dem Primat der Steigerung der Nutzerakzeptanz bei zugleich erhöhter Energieeffizienz ist eines der nächsten großen, Branchen übergreifenden Themen. Wie viele Studien zeigen, bleibt die natürliche Ressource Tageslicht die von den Nutzern präferierte Lichtquelle. Diese muss geschützt werden vor einer einfachen Substitution oder Nachbildung („Mimicking“) durch günstiges elektrisches Licht. Diese Fragestellungen, die auch einen Einfluss auf zukünftige Sanierungsstrategien haben werden, sollen in einem in der Initiierungsphase befindlichen neuen Projekt der IEA „Integrated solutions for daylight and electric lighting“ adressiert werden.
Die Arbeitsergebnisse des IEA SHC Task 50 stehen unter http://task50.iea-shc.org/ zur Verfügung.
Der Lighting Retrofit Adviser steht in Versionen für verschiedenen Plattformen zur Verfügung: Desktop-, web-basiert, Android, IOS, Windows Phone.
Link zur web-basierten Version http://www.lightingretrofitadviser.com/#TechViewerMain?root=true
Jan de Boer, Simon Wössner, Marc Fontoynont, Martine Knoop, Bernhard Paule, Jérôme Kaempf und Marie-Claude Dubois
Dr.-Ing. Jan de Boer ist Gruppenleiter Lichttechnik der Abteilung Wärmetechnik des
Fraunhofer-Instituts für Bauphysik (Deutschland). Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Im Rahmen des Projektes ReWaCEM werden Wertstoffe aus Abwässern der metallverarbeitenden Industrie in vier Pilot-Demonstrationsanlagen mittels Diffusionsdialyse und Membrandestillation rückgewonnen.
Das Ziel des Projektes ist es, durch den Einsatz der Membrandestillation sowie der Diffusionsdialyse eine Verringerung des Wasserverbrauchs und des Energieverbrauchs zu erzielen, sowie die Rückgewinnung wertvoller metallischer Ressourcen zu ermöglichen. Eine Reduktion des Wasser-Fußabdrucks in der Metallbeschichtungs-, Galvanik- und Leiterplattenindustrie um 30-90% soll damit erreicht werden. Zur Umsetzung dieser Ziele werden in ReWaCEM zwei neuartige Membrantechnologien - Membrandestillation (MD) und Diffusionsdialyse (DD) - als integrierte Hybridverfahren angewandt, welche für geschlossene Stoffkreisläufe und Rückgewinnungskonzepte in der metallverarbeitenden Industrie geeignet sind.
Die Technologien kommen entsprechend der Anforderungen in repräsentativen industriellen Anwendungen der metallurgischen Industrie in vier Pilot-Demonstrationsanlagen zum Einsatz.
AEE INTEC leitet Arbeiten an der Membrandestillation am Demonstrationsort Fehring in Österreich bei dem internationalen Leiterplattenhersteller und Projektpartner AT&S. Nach prinzipiellen Eignungs- und Beständigkeitstests wird die Anlage entworfen und gebaut.
Die erfolgreiche Auswertung der Ergebnisse wird zum Up-Scaling der Technologie und einer schrittweisen Markteinführung in einem Folgeprojekt führen. Die metallverarbeitende Industrie wird durch die technologische Innovation in Bezug auf die anfallenden Kosten große Einsparungen verzeichnen und positive Effekte auf die Umwelt mit deutlich eingespartem Chemikalienbedarf und verringerten Abwassermengen erzielen.
Auftraggeber
Europäische Kommission - Horizon 2020
Projektpartner
Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., Deutschland
AEE – Institut für Nachhaltige Technologien (AEE INTEC), Österreich
VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH, Deutschland
Universität Palermo, Italien
Plataforma Solar de Almería (PSA), CIEMAT, Spanien
Deutsche Edelstahlwerke GmbH, Deutschland
SolarSpring GmbH, Deutschland
AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft, Österreich
Electroníquel S.A.U., Spanien
DEUKUM GmbH, Deutschland
Associazione Italiana Zincatura, Italien
Universität Stuttgart, Deutschland
Tecnozinco S.r.l., Italien
PSE AG Germany
Ansprechperson
DI Judith Buchmaier, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Studien wie die Strategische Forschungsagenda der ESTTP (European Solar Thermal Technology Platform) in Bezug auf Erneuerbares Heizen und Kühlen zeigen, dass rund 50% des Endenergieverbrauchs in Europa in den Bereich der Wärmeversorgung fließen [1]. Dementsprechend ist es unumgänglich, dass erneuerbare Energieträger eine wichtige Rolle in der Wärmeversorgung übernehmen, um nationale wie europäische Klima- und Energieziele zu erreichen. Großes Potenzial hat hier die kombinierte Nutzung von solarthermischer Energie und Biomasse, sowie die Kombination mit fossilen Energieträgern wie Erdöl und Erdgas. Um dieses Potenzial zu nutzen und eine wirtschaftliche und dadurch breitenwirksame Anwendung von Erneuerbare-Wärme-Technologien zu ermöglichen, spielt die Einhaltung und Erreichung hoher Qualitätsstandards im Bereich der Planung, der Ausführung und dem laufenden Anlagenbetrieb eine wichtige Rolle.
Qualitätsinitiativen der letzten Jahre zielten hauptsächlich auf die Planung und die Inbetriebnahme von Anlagen ab und weniger auf den Betrieb der Anlagen. Die kontinuierliche Überwachung der Systeme (Betriebsmonitoring) ist jedoch die Basis für einen langfristig technisch und wirtschaftlich erfolgreichen, ökologisch sinnvollen Anlagenbetrieb. Dadurch können das volle technische und wirtschaftliche Potenzial erneuerbarer Energieträger bei der Wärmeversorgung ausgeschöpft und hohe Qualitätsstandards im Anlagenbetrieb sichergestellt werden. Derzeit schränken jedoch vor allem zwei Aspekte die Durchsetzung und Einhaltung von Qualitätsstandards für den Anlagenbetrieb ein:
Genau hier setzt das Projekt METHODIQA an. In dem Projekt wurden die wissenschaftlichen und technischen Grundlagen für ein automatisiertes und dadurch kostengünstiges, aber qualitativ hochwertiges computergestütztes Monitoringsystem für erneuerbare Wärmeversorgungsanlagen mit Fokus auf Solarthermie und Biomasse erarbeitet. Damit besteht mittelfristig die Möglichkeit die Kosten für Betriebsmonitoring zu senken und das komplexe Zusammenspiel der Systemteile zu optimieren.
Dies soll zu einem verbesserten Image der erneuerbaren Energien beitragen, deren technische Entwicklung vorantreiben, erhöhte Investitionssicherheit bieten und damit deren Wettbewerbsfähigkeit und Bedeutung am Markt stärken.
Das Projekt Methodiqa wurde unter der Leitung von AEE INTEC gemeinsam mit den Projektpartnern S.O.L.I.D. Gesellschaft für Solarinstallation und Design m.b.H. und Cerebra Informationssysteme GmbH bearbeitet. S.O.L.I.D. brachte ihr Fach- und Praxiswissen aus dem Bereich der Planung, des Baus und insbesondere des Betriebes von Solarthermieanlagen ein und validierte die Methodik. Cerebra unterstützte die Entwicklung in Hinblick auf softwaretechnische Fragestellungen und konnte ein lauffähiges Funktionsmuster eines automatisierten und intelligenten Monitoringtools softwaretechnisch realisieren. Das Forschungsprojekt wurde aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Programms „NEUE ENERGIEN 2020“ durchgeführt.
Als Basis für die markt- und praxisorientierte Entwicklungsarbeit wurde unter Einbindung ausgewählter Zielgruppenvertreter eine umfangreiche Analyse der Marktbedingungen und Anforderungen durchgeführt. Darauf aufbauend wurde eine umfassende konsistente Methodik entwickelt, die alle Prozesse und den gesamten Prozessablauf des automatisierten Monitoringsystems enthält. Dazu gehören
Zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses und zur Validierung der Methodik wurde ein software-technisches Funktionsmuster umgesetzt. Das Funktionsmuster ist grundsätzlich lauffähig und kann alle Prozessschritte eines automatisierten Monitorings ausführen, wobei aufgrund des aktuellen Entwicklungsstandes insbesondere bei der Anlagenerfassung und -konfiguration sowie beim Ablauf der Analyse-Algorithmen und der Darstellung der Ergebnisse in Form von Plots noch manuelle Eingriffe erforderlich sind. Weiters ist die Anzahl an Algorithmen begrenzt, da der Fokus des Projekts METHODIQA in erster Linie auf der Entwicklung der Methodik für das automatisierte Monitoring-System lag – dieses System bildet dann die Grundlage für die Entwicklung weiterer Analyse-Algorithmen. Dennoch wurden im Projekt METHODIQA einige wichtige und wirkungsvolle Algorithmen entwickelt.
Wesentliche Vorteile des METHODIQA-Systems sind
Im Zuge der Validierung wurden die erarbeiteten wissenschaftlichen und technischen Grundlagen auf reale Anlagen und deren Betriebsdaten angewendet und es konnte gezeigt werden, dass mit der entwickelten Methodik ein tragfähiges Grundgerüst für die Realisierung eines wissenschaftlich fundierten, robusten und kostengünstigen Anlagenmonitorings zur Verfügung steht, das herstellerunabhängig anwendbar ist („proof of concept“). Durch den modularen und intelligenten Aufbau der Methodik ist diese flexibel erweiterbar, sodass zukünftig nicht nur Solarthermie- und Biomasseanlagen sondern auch andere Anlagenkombinationen und Technologien (z.B. Wärmepumpen) oder auch anderen Themengebieten (Stromerzeugung und Versorgung, Haustechnik, Gebäudemonitoring, etc.) automatisiert analysiert und ausgewertet werden könnten.
Mögliche nächste Schritte in Hinblick auf die Weiterentwicklung des Systems und einer zukünftigen kommerziellen Nutzung sind der systematische Einsatz der Methodik in wissenschaftlichen Anlagen-auswertungen wie beispielsweise im Rahmen einer Begleitforschung für Wärmeerzeugungsanlagen und die technische und wirtschaftliche Auswertung von Anlagen und Komponenten. Ergänzend dazu sind weitere wissenschaftliche Grundlagenarbeiten zur Erweiterung der Methodik auf hybride Systeme und neue Anwendungsgebiete erforderlich, wie etwa die Erfassung weiterer Anlagenkomponenten, die signifikante Erweiterung der technisch-wissenschaftlichen Berechnungsgrundlagen in Form von Auswertealgorithmen oder die automatisierte und umfassende Evaluierung der Datenqualität und deren Implementierung in die Berechnungslogik.
Der Endbericht zum Projekt wird in Kürze auf der Seite des Klima- und Energiefonds veröffentlicht.
Dipl.-Ing. Harald Schrammel ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe Netzgebundene Energieversorgung und Systemanalysen bei AEE INTEC. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
Dipl.-Ing. Daniel Tschopp ist wissenschaftlicher Mitarbeiter des Bereichs Thermische Energietechnologien und hybride Systeme bei AEE INTEC
Dipl.-Ing. Philip Ohnewein ist wissenschaftlicher Mitarbeiter des Bereichs Thermische Energietechnologien und hybride Systeme bei AEE INTEC und Leiter des Projekts Methodiqa