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Solarthermische Kraftwerke stellen eine bedeutende Technologieoption für einen nachhaltigen Energiemix der Zukunft dar. Sie konzentrieren die Strahlung der Sonne, erzeugen Wärme und wandeln diese mit konventioneller Kraftwerkstechnik in Strom um. Die Wärme kann auch gespeichert werden, so dass der Betrieb während des Durchzugs von Wolken möglich ist und bis in die Abendstunden hinein verlängert werden kann. Zu den solarthermischen Kraftwerken gehören neben der Parabolrinne und dem Solarturm der Fresnel-Kollektor und die Dish-Stirling-Systeme. Im Zuge einer späteren Vergrößerung des Solarfeldes von Solarkraftwerken kann mithilfe von thermischen Energiespeichern die solare Energieerzeugung bei gleichbleibender Kraftwerksleistung sukzessiv bis um den Faktor 3 erweitert werden. Es besteht so die Möglichkeit einer massiven Substitution von fossilen Brennstoffen.Bei den ersten solarthermischen Speichern für die SEGS-Parabolrinnekraftwerke wurde Öl als Speichermedium eingesetzt. Ein weiteres Speichermedium ist Salzschmelze, die im Andasol-1-Projekt in Spanien sowie bei Solarturmkraftwerken eingesetzt wird. Beton ist ein weiteres mögliches Speichermaterial für Parabolrinnensysteme. Eine weitere Alternative bei einem Solarturmkraftwerk mit Luft als Wärmeträgermedium ist die Verwendung von keramischen Feuerfestmaterialien in Form von Schüttungen oder stapelbaren, porösen Elementen. In Jülich wurde das weltweit erste solarthermische Turmkraftwerk mit einer Leistung von 1,5 MWe, das Luft als Wärmeträgermedium einsetzt und einen solchen Speicher verwendet, gebaut.
Since the 80s power production with solar thermal power plants has been a way to substitute fossil fuels. By concentrating direct solar radiation from heliostats very high temperatures of a thermal fluid can be reached. The resulting heat is converted to mechanical energy in a steam cycle which generates electricity.
High efficiencies and fast start-up are reached by using air as a heat medium, as well as using porous ceramic materials as solar receiver of the concentrated sunlight.
In Germany the construction of a 1.5 MWe solar tower power plant began in 2008. It is operational since December 2008 and started production of electricity in the spring of 2009.
In Greece and Cyprus, countries with high solar potential, the development of this competitive solar thermal technology is imperative, since it has already been implemented in other Mediterranean countries.
Solar sails are large and lightweight reflective structures that are propelled by solar radiation pressure. This chapter covers their orbital and attitude dynamics and control. First, the advantages and limitations of solar sails are discussed and their history and development status is outlined. Because the dynamics of solar sails is governed by the (thermo-)optical properties of the sail film, the basic solar radiation pressure force models have to be described and compared before parameters to measure solar sail performance can be defined. The next part covers the orbital dynamics of solar sails for heliocentric motion, planetocentric motion, and motion at Lagrangian equilibrium points. Afterwards, some advanced solar radiation pressure force models are described, which allow to quantify the thrust force on solar sails of arbitrary shape, the effects of temperature, of light incidence angle, of surface roughness, and the effects of optical degradation of the sail film in the space environment. The orbital motion of a solar sail is strongly coupled to its rotational motion, so that the attitude control of these soft and flexible structures is very challenging, especially for planetocentric orbits that require fast attitude maneuvers. Finally, some potential attitude control methods are sketched and selection criteria are given.
The cost of solar tower power plants is dominated by the heliostat field making up roughly 50% of investment costs. Classical heliostat design is dominated by mirrors brought into position by steel structures and drives that guarantee high accuracies under wind loads and thermal stress situations. A large fraction of costs is caused by the stiffness requirements of the steel structure, typically resulting in ~ 20 kg/m² steel per mirror area. The typical cost figure of heliostats (figure mentioned by Solucar at Solar Paces Conference, Seville, 2006) is currently in the area of 150 €/m² caused by the increasing price of the necessary raw materials. An interesting option to reduce costs lies in a heliostat design where all moving parts are protected from wind loads. In this way, drives and mechanical layout may be kept less robust, thereby reducing material input and costs. In order to keep the heliostat at an appropriate size, small mirrors (around 10x10 cm²) have to be used, which are placed in a box with a transparent cover. Innovative drive systems are developed in order to obtain a cost-effective design. A 0,5x0,5 m² demonstration unit will be constructed. Tests of the unit are carried out with a high-precision artificial sun unit that imitates the sun’s path with an accuracy of less than 0.5 mrad and creates a beam of parallel light with a divergence of less than 4 mrad.
Sisyphus wird Steiff
(2010)
Biofuels potentially interesting also for aviation purposes are predominantly liquid fuels produced from biomass. The most common biofuels today are biodiesel and bioethanol. Since diesel engines are rather rare in aviation this survey is focusing on ethanol admixed to gasoline products.
The Directive 2003/30/EC of the European Parliament and the Council of May 8th 2003 on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport encourage a growing admixture of biogenic fuel components to fossil automotive gasoline. Some aircraft models equipped with spark ignited piston engines are approved for operation with automotive gasoline, frequently called “MOGAS” (motor gasoline). The majority of those approvals is limited to MOGAS compositions that do not contain methanol or ethanol beyond negligible amounts. In the past years (bio-)MTBE or (bio-)ETBE have been widely used as blending component of automotive gasoline whilst the usage of low-molecular alcohols like methanol or ethanol has been avoided due to the handling problems especially with regard to the strong affinity for water. With rising mandatory bio-admixtures the conversion of the basic biogenic ethanol to ETBE, causing a reduction of energetic payoff, becomes more and more unattractive. Therefore the direct ethanol admixture is accordingly favoured.
Due to the national enforcements of the directive 2003/30/EC more oxygenates produced from organic materials like bioethanol have started to appear in automotive gasolines already. The current fuel specification EN 228 already allows up to 3 % volume per volume (v/v) (bio-)methanol or up to 5 % v/v (bio-)ethanol as fuel components. This is also roughly the amount of biogenic components to comply with the legal requirements to avoid monetary penalties for producers and distributors of fuels.
Since automotive fuel is cheaper than the common aviation gasoline (AVGAS), creates less problems with lead deposits in the engine, and in general produces less pollutants it is strongly favoured by pilots. But being designed for a different set of usage scenarios the use of automotive fuel with low molecular alcohols for aircraft operation may have adverse effects in aviation operation. Increasing amounts of ethanol admixtures impose various changes in the gasoline’s chemical and physical properties, some of them rather unexpected and not within the range of flight experiences even of long-term pilots.
Simultaneous detection of cyanide and heavy metals for environmental analysis by means of µISEs
(2010)
In environmental analysis, cyanide and heavy metals play an important role, because these substances are highly toxic for biological systems. They can lead to chronic and acute diseases. Due to the chemical properties of cyanide it is frequently used for industrial processes such as extraction of silver and gold. Heavy metals can be found as trace elements in nature and are often applied in industries e.g., galvanization processes. Up to now, cyanide and heavy metals can be detected by several sensors separately and their detection is often limited to laboratory investigations. In this publication, with regard to an in situ analysis, a new miniaturized silicon-based sensor system for the simultaneous detection of cyanide and heavy metals in aqueous solutions is presented that is based on chalcogenide glass-based micro ion-selective electrodes (µISEs). The µISEs are incorporated into a specially designed measuring system for the simultaneous detection of heavy metals and cyanide in solutions and validated by simultaneous measurements of Cu2+- and CN−-ions, Cd2+- and CN−- ions and Pb2+- and CN−-ions. The particular sensor system has shown good sensor properties in the µ-molar ion-concentration range. For simultaneous measurements in complex heavy metal and cyanide solutions an intelligent software using fuzzy logic is discussed.
Gräser sind in der Lage, einen großen Teil der für eine biobasierte Wirtschaft benötigten Biomasse zur Verfügung zu stellen. Wie bei anderen lignocellulosehaltigen nachwachsenden Rohstoffen erfordert die Verwertung der im Gras enthaltenen Polysaccharide einen mehrstufigen Prozess aus Vorbehandlung, Hydrolyse und Fermentation. In Gräsern ist die Hemicellulose mitP henolcarbonsäuren wie Ferula- und p-Coumarsäure verestert, die die enzymatische Hydrolyse der Cellulose und Hemicellulose ebenso effektiv behindern wie Lignin. Anders als bei holzigen Rohstoffen ermöglicht dieser Aufbau aber eine enzymatische Vorbehandlung, mit der die Phenolcarbonsäuren abgespalten werden können. Da die bei der Vorbehandlung eingesetzten Enzyme in ihrer natürlichen Funktion synergistisch mit cellulytischen Enzymen zusammenarbeiten, besitzen sie ähnliche Optima wie die für die Hydrolyse der Polysaccharide eingesetzten Cellulasen und Hemicellulasen. Diese Eigenschaft ermöglicht die Integration von Vorbehandlung und Hydrolyse in einem einzigen Verfahrensschritt. Durch die Einführung der enzymatischen Vorbehandlung konnte das in der Literatur bekannte SSF-Verfahren für die Herstellung von Ethanol aus Gräsern um die Vorbehandlungsstufe erweitert werden. Das so realisierte simultaneous pretreatment, saccharification and fermentation (SPSF)-Verfahren stellt eine vollständige Integration der drei für die Nutzung von Lignocellulose nötigen Verfahrensschritte in der grünen Bioraffinerie dar.
Simulation und Experiment bei der Aufarbeitung von Polyphenolen durch neue Silicatmaterialien
(2010)
Nachwachsende Rohstoffe stellen eine reichhaltige Quelle für die Gewinnung von wirtschaftlich interessanten Biomolekülen dar. Die Gruppe der Polyphenole ist dabei für mehrere Industriezweige bedeutend. Ihre antioxidativen Eigenschaften sind z. B. für die Pharmaindustrie interessant. Im derzeit bearbeiteten Projekt sollen Polyphenole aus Pflanzenbestandteilen isoliert und aufgereinigt werden, um sie dann als Komponenten für eine Vernetzung von Polymeren auf der Basis von Fettsäuren einzusetzen. Bisher sind im Wesentlichen Prozesse zur Entfernung von Polyphenolen aus Getränken wie Bier und Wein bekannt. Eine Wiedergewinnung der Polyphenole war in diesen Anwendungen bisher nicht relevant. Die Gewinnung bzw. Abtrennung der Polyphenole erfolgt u. a. durch kommerziell erhältliche Adsorbentien wie PVPP, Adsorberharze XAD16 (Rhöm & Haas) oder SP70 (Sepabeads), deren Partikelgrößen im Bereichvon 0,1 ± 0,8 mm und spezifischen Oberflächen von 700 ± 900 m 2 /g liegen. Als Alternative zu diesen Adsorbern sollen neue Materialien auf Basis von anorganischen Trennmedien, wie z. B. natürlichen Tonmineralien, für die Polyphenolabtrennung verwendet werden. Derzeit wird durch Abgleich von Experiment und Simulation ein Materialscreening durchgeführt. Durch den Einsatz molekulardynamischer Bindungssimulationen wird die Adsorbersuche beschleunigt und Vorhersagen zu Modifikationen bei der Herstellung der neuen Adsorbentien ermöglicht.