月: 2023年7月

Was ist ein Palladium-Katalysator?

Ein Palladium-Katalysator ist eine palladiumhaltige Verbindung, die zur Verwendung als Katalysator hergestellt wird.

Palladium (Elementsymbol: Pd) ist ein Mitglied der Platingruppe mit der Ordnungszahl 46. Palladium-Katalysatoren sind unverzichtbare Materialien für die organische Synthese und finden breite Anwendung in Bereichen wie der Arzneimittelforschung, der Synthese von Naturstoffen und der Polymersynthese.

Insbesondere die Palladium-Katalysatoren für Kreuzkupplungsreaktionen, für die im Jahr 2010 der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde, sind weltweit bekannt. Kreuzkupplungsreaktionen sind Reaktionen, bei denen zwei Chemikalien selektiv miteinander verbunden werden. Es gibt viele verschiedene Arten von Palladium-Katalysatoren, die je nach den Rohstoffen und Reaktionen, für die sie verwendet werden, eingesetzt werden müssen.

Anwendungen von Palladium-Katalysatoren

Palladium wird in Katalysatoren, Dentalmaterialien, elektrischen und elektronischen Bauteilen und Schmuck verwendet. Palladium kann das 935-fache seines eigenen Volumens an Wasserstoff in sich aufnehmen und wird daher auch in Wasserstoffspeicherlegierungen verwendet.

Verbindungen auf Palladium-Basis, die für katalytische Anwendungen hergestellt werden, sind Palladium-Katalysatoren. Katalysatoren verändern sich selbst nicht vor oder nach einer Reaktion, aber sie verändern die Reaktionsgeschwindigkeit der Reaktanten. Sie bilden mit den Reaktanten Reaktionszwischenprodukte, und die Reaktion läuft über diese Reaktionszwischenprodukte ab.

Palladium-Katalysatoren werden häufig in der organischen Synthese eingesetzt. Insbesondere werden sie für die Synthese von Zielverbindungen durch Kreuzkupplungsreaktionen verwendet. Es ist ein wichtiges Material für die pharmazeutische Synthese und die Synthese von Naturstoffen. In den letzten Jahren findet es zunehmend Anwendung in Katalysatoren für die Abgasreinigung in Automotoren.

Funktionsweise von Palladium-Katalysatoren

Zu den typischen Palladium-Katalysatoren gehören Palladiumchlorid, Palladiumacetat und Palladiumkomplexe mit Phosphinliganden, die je nach Typ eine unterschiedliche Reaktivität aufweisen. Diese Katalysatoren finden breite Anwendung in der Arzneimittelforschung, der Naturstoffsynthese und der Polymersynthese.

Palladium wird auch in Dreiwegekatalysatoren im Automobilsektor verwendet. Ein ternärer Katalysator ist eine Vorrichtung, die in der Lage ist, schädliche Stoffe wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide aus den Abgasen von Kraftfahrzeugen zu entfernen. Verwendet werden Metalle wie Palladium, Platin und Rhodium.

Weitere Informationen über Palladium-Katalysatoren

1. Einsatz von Palladium-Katalysatoren zur Entgiftung von Autoabgasen

Autoabgase enthalten einen hohen Anteil an giftigen und umweltschädlichen Stoffen wie Stickoxide (Nox), Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC). Katalysatoren wandeln diese giftigen Bestandteile durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen in harmloses Kohlendioxid, Wasser, Stickstoff und Sauerstoff um, und hier kommt Palladium zum Einsatz.

Andere Edelmetallelemente wie Platin und Rhodium werden ebenfalls als Katalysatoren verwendet. Palladium ist besonders gefragt, da es hauptsächlich als Katalysator in benzinbetriebenen Fahrzeugen verwendet wird.

Palladium-Katalysatoren werden nach dem Auspuffkrümmer eingebaut, wo sich die Abgase des Motors konzentrieren. Um die Kontaktfläche mit den Abgasen zu vergrößern, werden Palladium-Katalysatoren in Nanometergröße gleichmäßig in einer Keramik mit bienenwabenartiger Struktur verteilt.

Die Nachteile von Palladium-Katalysatoren bei der Verwendung zur Entgiftung von Autoabgasen sind, dass sie sehr teuer sind und außerdem vorher große Mengen zugeführt werden müssen, da sich der Katalysator während des Einsatzes bei hohen Temperaturen auf der keramischen Oberfläche bewegt und ansammelt, was die Oberfläche verkleinert. Als Reaktion auf die Erschöpfung der Palladiumressourcen werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um die Verwendung von Palladium-Katalysatoren zu verringern.

2. Preis von Palladium-Katalysatoren

Palladium, das in Palladium-Katalysatoren verwendet wird, ist ein seltenes und teures Metall, das zehntausende USD pro Kilogramm kostet. Der größte Teil der Nachfrage nach Palladium entfällt auf Katalysatoren für Benzinfahrzeuge, so dass der Preis umso höher ist, je größer die Nachfrage nach Benzinfahrzeugen ist.

In den letzten Jahren ist der Palladiumpreis stark angestiegen. Dies ist auf eine große Lücke zwischen Angebot und Nachfrage zurückzuführen, da die Minenproduktion bei 200 t/Jahr liegt, während die Nachfrage 300 t/Jahr beträgt. Strengere Umweltvorschriften in den letzten Jahren und die steigende Nachfrage nach Benzinfahrzeugen in China und anderswo sowie Betrügereien bei der Abgasreinigung von Dieselfahrzeugen haben ebenfalls dazu beigetragen, den Anstieg der Nachfrage nach Benzinfahrzeugen zu beschleunigen.

Palladium wird hauptsächlich in Russland und Südafrika produziert, auf die der Großteil der Palladiumproduktion entfällt (40,5 % bzw. 37,5 % laut Daten von 2017). Die begrenzte Zahl der produzierenden Länder bedeutet, dass Lieferengpässe aufgrund politischer Instabilität und anderer Faktoren erhebliche Auswirkungen haben, und der jüngste starke Produktionsrückgang in Russland hat die Preise ebenfalls in die Höhe getrieben.

Was ist eine Absperrklappe?

Absperrklappen sind Ventile mit einem scheibenförmigen Ventilteller, der sich dreht, um das Öffnen und Schließen zu steuern. Sie eignen sich für kleine bis große Durchmesser und können mit korrosiven Flüssigkeiten verwendet werden, wenn die Innenseite des Ventils mit PFA oder anderen Materialien ausgekleidet ist.

Außerdem weisen sie im Vergleich zu Durchgangsventilen einen geringeren Druckabfall auf, da sie im Vergleich zu Kugelventilen die Durchflussmenge regulieren können. Allerdings sind sie bei Hochdruckflüssigkeiten nur schwer zu verwenden. Zudem sind sie einfach zu bedienen und kostengünstig, weshalb sie an vielen Orten eingesetzt werden.

Anwendungen von Absperrklappen

Absperrklappen, ob manuell oder automatisch, werden häufig in Rohrleitungen von Fabriken und Anlagen eingesetzt. Absperrklappen sind zwar im Alltag selten zu sehen, werden aber manchmal in Wasserleitungen eingesetzt.

Sie sind einfach zu bedienen, leicht zu öffnen und zu schließen und haben kurze Stirnflächenabstände, so dass sie auch bei großen Durchmessern Platz sparen können. Daher werden sie häufig in Abschnitten mit großen Bohrungen vor Transferleitungen eingesetzt.

Während allgemeine Stromregelventile auch bei voller Öffnung einen großen Druckverlust aufweisen, haben Absperrklappen einen geringen Druckverlust und ermöglichen eine gewisse Durchflussregelung. Aus diesem Grund werden sie manchmal als Durchflussregelventile eingesetzt.

Funktionsweise von Absperrklappen

Absperrklappen bestehen aus einer Spindel, einem Sitz und einem Kegel. Die Spindel ist der Anschlusspunkt für den Griff und andere Teile, die den angeschlossenen Ventilkegel bewegen. Der Ventilkegel einer Absperrklappe ist scheibenförmig und wird durch eine 90 °-Drehung geöffnet und geschlossen, um den Ventilsitz zu schließen. Im Vergleich zu Kugelhähnen hat die Absperrklappe auch bei großen Bohrungsdurchmessern ein geringeres Öffnungs- und Schließmoment und zeichnet sich durch ihren einstellbaren Durchfluss aus.

Absperrklappen galten früher als Armaturen mit geringer Dichtheit und Leckageanfälligkeit. In den letzten Jahren wurden EPDM und PTFE als Sitzmaterial für den Ventilkegel verwendet, um die Dichtheit zu gewährleisten.

Öffnungs-/Schließsystem der Absperrklappen

Zum Öffnen und Schließen der Absperrklappen muss ein Stellantrieb am Ende der Spindel montiert werden. Der Stellantrieb kann mit einem Hebel oder einem Getriebe ausgestattet sein.

1. Hebeltyp

Der Öffnungs- und Schließvorgang dieser Absperrklappen wird mit einem Hebel ausgeführt. Dieser wird hauptsächlich für die manuelle Betätigung eingesetzt. Die Drehbewegung des Hebels ist mit der Bewegung der Absperrklappenstange synchronisiert, und die Klappe wird durch eine 90 °-Drehung des Hebels geöffnet und geschlossen.

Die Bedienung ist einfach, und der Öffnungsgrad ist gut sichtbar. Allerdings wird der Öffnungs- und Schließvorgang bei Ventilen mit großen Bohrungsdurchmessern schwerer. Der Hebel kann außer während des Öffnungs-/Schließvorgangs abgenommen werden, da die Gefahr einer unbeabsichtigten Berührung des Hebels besteht, die den Öffnungsgrad verändern könnte.

2. Getriebetyp

Der Öffnungs- und Schließvorgang dieser Absperrklappen erfolgt über Zahnräder. Sie werden vor allem bei Ventilen mit großem Durchmesser verwendet. Sie kann auch elektrisch durch einen Motor angetrieben werden. Beim Getriebetyp erhöht ein Zahnrad im Antrieb das Drehmoment zur Bewegung der Spindel. Das große Drehmoment, das zum Öffnen und Schließen der Armatur erforderlich ist, kann mit geringem Kraftaufwand erreicht werden.

Während der Hebeltyp nur eine 90 °-Drehung benötigt, sind beim Getriebetyp mehrere Umdrehungen zum Öffnen und Schließen erforderlich. Außerdem können die Zahnräder, wenn sie über einen längeren Zeitraum unbeaufsichtigt bleiben, verkleben und sich nicht mehr öffnen oder schließen.

Zusätzlich zu den oben genannten sind auch Druckluftantriebe erhältlich, die je nach Anwendung ausgewählt werden sollten.

Weitere Informationen über Absperrklappen

Absperrklappen in Zwischenflanschbauweise

Ventile, einschließlich Absperrklappen, können in Flansch-, Zwischenflansch-, Gewinde- oder Schweißausführung an die Rohrleitung angeschlossen werden. Zwischenflanscharmaturen werden auch als flanschlose Armaturen bezeichnet und beziehen sich auf eine Anschlussmethode, bei der die Armatur auf beiden Seiten zwischen Rohrleitungsflansche eingefügt wird.

Zwischenflanscharmaturen benötigen keine Flansche und sind daher kompakt, leicht und wirtschaftlich vorteilhaft. Darüber hinaus ermöglicht der geringe Abstand zwischen den Dichtflächen den Einbau in engen Räumen. Sie müssen auf beiden Seiten zwischen Flansche eingefügt werden, und es werden Stehbolzen verwendet.

Bei Stehbolzen handelt es sich um Bolzen mit beidseitigem Gewinde, die mit Muttern von beiden Seiten des Bolzens befestigt werden. In Notsituationen können Stehbolzen jedoch durch zöllig geschnittene Bolzen ersetzt werden.

Was ist ein Becherwerk?

Ein Becherwerk ist ein Förderer mit einer Reihe von kastenförmigen Behältern (Eimern, Bechern usw.) mit offener Oberseite, die auf einem Band montiert sind.

Es handelt sich um eine Art Förderer, der für den Transport von Gütern eingesetzt wird, wobei die Güter in den Becher gefüllt werden. Es zeichnet sich dadurch aus, dass es amorphe Materialien wie Granulate und Pulver ohne Auslaufen befördern kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Förderer auch vertikal eingesetzt werden kann.

Sie haben sich in verschiedenen Bereichen bewährt, z. B. bei der Förderung von verschiedenen Rohstoffen, Lebensmitteln, Steinen nach der Gewinnung und Düngemitteln. 

Anwendungen für Becherwerke

Aufgrund ihres Aufbaus können Becherwerke große Mengen an Gütern mit hoher Geschwindigkeit und Effizienz befördern und werden häufig in industriellen Produktionslinien eingesetzt. Sie eignen sich besonders für die Förderung von amorphen Materialien wie Pulver.

Sie eignen sich daher für die Förderung von pulverförmigen Rohstoffen und Pellets (Harzgranulat) in Chemieanlagen. Sie werden häufig in Lebensmittelfabriken eingesetzt, z. B. für die vertikale Förderung von Reis und Mehl. Sie können auch für die Förderung von Trockenfrüchten und Lebensmittelkonserven verwendet werden.

Auch im Bergbau werden sie häufig für den Transport von Erzen und Kohle eingesetzt. Sowohl im Untertage- als auch im Tagebau werden Becherwerke für den Erztransport eingesetzt. Manchmal wird das Erz auf Becherwerken transportiert, bevor es auf Lastwagen, Schienenfahrzeuge oder andere Transportmittel umgeladen wird.

In den letzten Jahren werden sie beispielsweise auch in der Recyclingindustrie eingesetzt. Becherwerke werden in Recyclinganlagen zur Förderung und Sortierung von Abfallstoffen eingesetzt. Die Becher verhindern ein Verschütten des Förderguts und sorgen für einen reibungslosen Transport.

Funktionsweise der Becherwerke

Becherwerke bestehen aus einem Gurt, Bechern und einer Antriebsquelle.

1. Funktionsweise

Der Gurt eines Becherwerks ist häufig so konstruiert, dass er von einer rotierenden Welle in Drehung versetzt wird. Die Kraftübertragung des Gurtes erfolgt im Allgemeinen durch einen Drehstrom-Induktionsmotor. Wenn der Gurt sich zu drehen beginnt, werden auch die Becher vom Gurt getragen.

Die Becher sind in regelmäßigen Abständen am Band befestigt und heben und tragen Gegenstände, während sich der Becher bewegt und werden auf diese Weise mitgenommen. Der Becher ist für die kontinuierliche Beförderung von Gütern ausgelegt und kann große Mengen an Gütern effizient befördern.

Wenn der Becher an seinem Ziel ankommt, werden die Waren aus dem Becher entladen. Am Ende der Strecke wird der Becher durch Umkehrung des Bandes entladen, wenn es sich umdreht. Das Fördergut wird mittels eines Schiebers oder einer anderen Vorrichtung, die unterhalb der Bandumlenkung installiert ist, in den nächsten Prozess entladen.

2. Standort

Das Becherwerk ist im Bereich der Materialaufgabe mit einem Trichter ausgestattet, und das Material des vorhergehenden Prozesses wird durch den Trichter direkt über dem Becher konzentriert. Benachbarte Becher auf dem Förderer sind in Förderrichtung miteinander verbunden, damit keine Lücken entstehen und das aufgegebene Material nicht aus dem Becher fällt.

Wenn mehr Material auf einmal zugeführt wird, als das Becherwerk bewältigen kann, wird am Boden des Trichters ein fester Zuführungsmechanismus wie z. B. eine Zellenradschleuse verwendet.

Auswahl eines Becherwerks

Becherwerke werden nach dem zu befördernden Material, der zu befördernden Menge und der Betriebsumgebung ausgewählt.

Wenn Pulver oder kleine Partikel befördert werden sollen, sollte ein geschlossenes Becherwerk gewählt werden, um Staubbildung zu vermeiden. Wenn die Zielhöhe oder die Entfernung groß ist, sollte ein längeres Becherwerk gewählt werden.

Die Größe des Becherwerks und die Leistung des einzubauenden Motors werden durch die Ermittlung der zu fördernden Menge und Geschwindigkeit bestimmt. Es ist wichtig, die zu fördernde Menge und die Geschwindigkeit zu ermitteln und die erforderliche Ausrüstung auszuwählen.

Die Werkstoffe sollten entsprechend der Betriebsumgebung ausgewählt werden. Handelt es sich um korrosives Fördergut, sollte Edelstahl oder Kunststoff gewählt werden. Handelt es sich um explosives Material, sollten Eimerförderer aus beständigen Materialien gewählt werden.

Was ist ein Bimetallthermometer?

Ein Bimetallthermometer ist ein Messinstrument, das die Eigenschaften von Bimetallen zur Temperaturmessung nutzt.

Bimetalle werden durch die Verbindung von zwei Metallplatten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt, die sich bei Temperaturänderungen biegen. Dieses Instrument nutzt die Kraft der Biegung, um die Achse der Nadel zu drehen, die auf die Skala auf der Anzeigeplatte zeigt und die gemessene Temperatur direkt abliest.

Im Vergleich zu Glasthermometern sind sie haltbarer, einfacher zu handhaben und sicherer. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus und der leichten Wartung und Kontrolle sind sie in Haushalt und Industrie weit verbreitet.

Anwendungen von Bimetallthermometern

Bimetallthermometer werden in Innenräumen als wandmontierte oder stationäre Thermometer verwendet. Sie enthalten hauptsächlich ein federähnliches Bimetallelement, das die Nadel einer kreisförmigen Anzeigeplatte mit einer aufgedruckten Skala bewegt.

Weitere Anwendungen sind Wasserthermometer, Bodenthermometer und Kochthermometer. Bimetalle mit Rebenwicklung sind in einem vorstehenden Zylinder hinter der Anzeigeplatte eingebaut. In der Industrie werden Bimetalle aufgrund ihrer Eigenschaften wie Wasserdichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, chemische Beständigkeit und Druckbeständigkeit, die leicht hinzugefügt werden können, für die Überwachung der Leitungstemperatur in chemischen Anlagen usw. verwendet.

Funktionsweise von Bimetallthermometern

Eines der Bimetalle ist eine Legierung aus Eisen und Nickel, eine Legierung mit geringer Wärmeausdehnung und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von nahezu Null bei Raumtemperatur. Die andere Bimetalllegierung ist eine Legierung mit einem sehr hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten, die durch Zusatz von Chrom oder Kupfer zu Mangan hergestellt wird. Bimetalle werden als ein einziges Metallblech hergestellt, indem diese beiden Bleche übereinandergelegt und kaltgewalzt werden.

Für die Herstellung von Bimetallen ist eine fortschrittliche Technologie erforderlich, da sich ihre Eigenschaften nach längerem Gebrauch durch Hitzeeinwirkung verändern können. Wenn das Bimetallblech erhitzt wird, dehnt sich die Legierungsseite mit dem höheren Ausdehnungskoeffizienten aus, so dass es sich mit der Innenseite der Legierung mit geringer Wärmeausdehnung verzieht. Bimetallthermometer verfügen über einen Mechanismus, der die dabei entstehende Kraft nutzt, um die Thermometernadel zu bewegen.

Die eigentliche Konstruktion besteht darin, dass das Bimetall in Form einer Feder um das Thermometer gewickelt ist und die durch Temperaturänderungen verursachte Torsion zur Drehung des Zeigers genutzt wird. Die Legierung mit geringer Wärmeausdehnung wird im Englischen als Invar bezeichnet und ist ein eingetragenes Warenzeichen. Es handelt sich um eine Legierung, die 64 % Eisen, 36 % Nickel und einen geringen Anteil an Mangan enthält. Sie zeichnet sich durch eine geringe Wärmeausdehnung aus, was bedeutet, dass die Kristalle als Ganzes bei steigender Temperatur fast keine Wärmeausdehnung erfahren.

Einbau von Bimetallthermometern

Wird das Produkt fallen gelassen oder übermäßigen Stößen ausgesetzt, kommt es zu Messwertabweichungen. Daher sind bei der Montage des Thermometers folgende Punkte zu beachten:

1. Vibration

Anhaltende Erschütterungen des Temperaturfühlers verschleißen die einzelnen Teile des Thermometers und führen zu Schäden. Vibrationen des Temperaturfühlers machen sich durch ein leichtes Zittern des Zeigers bemerkbar. Wenn dies auftritt, sollte es nicht unbeaufsichtigt gelassen werden, sondern es sollten sofort geeignete Maßnahmen ergriffen werden.

2. Umgebungstemperatur

Wenn ein Temperaturunterschied zwischen der Umgebungstemperatur und dem zu messenden Objekt besteht, kann die Umgebungstemperatur zu Messfehlern führen. Dies kann dadurch verbessert werden, dass das verwendete Gerät warm gehalten und die Wärmeabgabe und -aufnahme kontrolliert wird.

3. Gefrierende Umgebung

Wenn die Temperatur des Messobjekts unter dem Gefrierpunkt liegt, kann das Innere des Thermometers gefrieren, was zu Schäden am Produkt führen kann. Wenn das Produkt in einer Gefrierumgebung verwendet werden soll, muss ein geeignetes Produkt eingesetzt werden. In seltenen Fällen kann es vorkommen, dass das Innere des Thermometers einfriert, aber in vielen Fällen kann dies durch die Wahl eines Produkts mit speziellen Spezifikationen gelöst werden, z. B. durch die Verwendung eines Produkts mit Silikonöl.

Weitere Informationen zu Bimetallthermometern

1. Schutzrohre für Bimetallthermometer

Schutzrohre sind in den folgenden Fällen erforderlich:

• Wenn das zu messende Objekt den temperaturempfindlichen Teil korrodieren kann
• Wenn der temperaturempfindliche Teil einem hohen Druck ausgesetzt ist
• Wenn das zu messende Objekt eine Flüssigkeit ist
• Wenn das zu messende Objekt ausläuft und beim Entfernen des Thermometers stört

2. Material des Schutzrohrs

Besteht die Gefahr, dass das Messobjekt korrodiert, ist ein korrosionsbeständiges Material für das Schutzrohr zu wählen. Wird auf den temperaturempfindlichen Teil Druck ausgeübt, ist ein druckfestes Material zu verwenden.

3. Arten von Schutzrohren

Zu den Schutzrohrtypen gehören Nichteisen-Schutzrohre, geschweißte Schutzrohre aus nichtrostendem Stahl und ausgehöhlte Schutzrohre. Die Auswahl richtet sich nach der Länge des temperatursensiblen Teils und anderen Faktoren.

Was ist ein Biomassegenerator?

Biomassegeneratoren sind Geräte, die Strom mit Biomasse als Brennstoff erzeugen.

Bei Biomasse handelt es sich nicht um fossile Brennstoffe wie Öl oder Kohle, sondern um Ressourcen, die aus wiederverwendbaren Pflanzen und Tieren gewonnen werden. Da sie keine fossilen Brennstoffe verwenden, werden sie als umweltfreundliche Stromerzeuger geschätzt.

Ein weiteres wichtiges Merkmal von Biomassegeneratoren ist, dass sie nicht nur kohlenstoffneutral sind, sondern auch stabil Strom erzeugen. Der Grund dafür ist, dass der Brennstoff im Gegensatz zur Stromerzeugung mit natürlicher Energie auf stabile Weise gewonnen werden kann.

Anwendungen von Biomassegeneratoren

Biomassegeneratoren werden für die Stromerzeugung eingesetzt. Sie sind unterschiedlich groß und reichen von relativ kleinen Anlagen, die in Fabriken eingesetzt werden, bis hin zu größeren Anlagen, die von Energieunternehmen betrieben werden.

Einige kleine Biomassegeneratoren haben eine Erzeugungskapazität von etwa 50 kW. Größere Biomassegeneratoren haben jedoch einen höheren Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung, während kleinere Generatoren einen geringeren Wirkungsgrad haben.

Daher müssen bei der Einführung eines Biomassegenerators die Effizienz der Stromerzeugung, die Stromerzeugungskapazität und die Betriebskosten berücksichtigt werden.

Funktionsweise von Biomassegeneratoren

Biomassegeneratoren lassen sich nach der Funktionsweise der Stromerzeugung grob in drei Typen einteilen, nämlich direkte Verbrennung, Pyrolysevergasung und biochemische Vergasung. Da sich die Merkmale je nach Stromerzeugungsprinzip unterscheiden, muss das am besten geeignete System je nach Anwendungszweck und der erforderlichen Stromerzeugungskapazität ausgewählt werden.

1. Direkte Verbrennungssysteme

Bei Direktverbrennungsanlagen werden Durchforstungsholz, brennbare Abfälle oder Altöl als Brennstoff verwendet und direkt verbrannt. Die bei der Verbrennung entstehende Wärmeenergie wird genutzt, um Wasser zu kochen und eine Dampfturbine zur Stromerzeugung in Gang zu setzen. Durchforstungsholz und andere Materialien werden in der Regel in kleine Stücke geschnitten, um die Verbrennungseffizienz zu optimieren.

Bei dieser Verbrennungsmethode ist es jedoch schwierig, eine Umgebung mit hoher Temperatur zu schaffen, die ausreicht, um die Dampfturbine zu drehen, und je kleiner die Anlage ist, desto geringer ist der Wirkungsgrad der Stromerzeugung. Daher eignet sich diese Methode der Stromerzeugung für Großanlagen. Ein Problem ist jedoch die schwierige Beschaffung von Brennstoff für Großanlagen.

2. Pyrolysevergasung

Bei der Pyrolyse-Vergasung wird Biomasse-Brennstoff bei hohen Temperaturen wärmebehandelt, um Gas zu erzeugen, das dann zum Antrieb einer Gasturbine zur Stromerzeugung verwendet wird. Dieser Biomassebrennstoff wird aus Durchforstungsholz oder Holzabfällen hergestellt, die zu Holzpellets oder Holzspänen verarbeitet werden.

Ein Merkmal dieser Stromerzeugungsmethode ist, dass hohe Verbrennungstemperaturen erreicht werden können. Dies macht sie zu einer idealen Stromerzeugungsmethode für kleine Biomassegeneratoren.

3. Biochemische Vergasungssysteme

Biochemische Vergasungsmethoden unterscheiden sich von anderen Stromerzeugungsmethoden dadurch, dass sie Viehdung und Klärschlamm als Rohstoffe verwenden. Bei der Vergärung dieser Stoffe entsteht Biogas.

Dieses Biogas wird verwendet, um eine Gasturbine in Gang zu setzen und Strom zu erzeugen. Die Vorteile dieser Methode liegen darin, dass die schwer zu verbrennende Biomasse genutzt werden kann und ein hoher Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung erreicht wird.

Weitere Informationen über Biomassegeneratoren

1. Ultrakompakte Biomassegeneratoren

Es werden auch ultrakompakte Biomassegeneratoren entwickelt. Ein ultrakompakter Biomassegenerator mit den Maßen von ca. 2,5 m Höhe x 44,8 m Länge x 1,3 m Breite wurde entwickelt, stammt jedoch von einem ausländischen Hersteller. Jeder dieser Generatoren hat eine Leistung von 40 kW, eine Wärmeleistung von 100 kW und einen Energiewirkungsgrad von ca. 78 %, was ausreichend ist, um die Effizienz zu gewährleisten.

Ein Beispiel für einen solchen ultrakompakten Biomassegeneratoren in Japan ist die Roadside Station Takanosu in der Präfektur Akita. Dort wurde ein ultrakompakter Biomassegenerator installiert, der in den Wintermonaten Warmwasser für Fußbäder und die Beheizung von Kunststoffgewächshäusern liefert.

2. Kraftwerke mit Biomassegeneratoren

Seit der Einführung des Einspeisetarifs (FIT) für erneuerbare Energien steigt die Zahl der zertifizierten und in Betrieb befindlichen Kraftwerke, die Biomassegeneratoren einsetzen. Viele dieser Kraftwerke sind für einen Großteil ihres Biomassebrennstoffs auf Importe angewiesen, wie z. B. Holzpellets und PKS (Palm Kernel Shell: Palmkernschale nach der Gewinnung von Palmöl aus den Samen der Palmen).

Damit die Stromerzeugung aus Biomasse wirtschaftlich rentabel ist, muss ein System vorhanden sein, das eine stabile Versorgung mit relativ preiswerten Brennstoffen gewährleistet. Dieses System ist jedoch noch unzureichend.

Internationale Trends sind aus dem Weißbuch ‚Renewable Energy World White Paper 2020‘ ersichtlich, das von REN21 (Hauptsitz: Frankreich), einem internationalen Netzwerk zur Förderung erneuerbarer Energien, veröffentlicht wurde. Weltweit wächst die Bioenergie weiterhin in moderatem Tempo, wobei das Wachstum in China besonders ausgeprägt ist. Der chinesische Bioenergiesektor hat in den letzten Jahren ein erhebliches Wachstum verzeichnet, und laut REN21-Statistiken hat China von 2017 bis 2019 drei Jahre in Folge die weltweit höchste Stromerzeugung aus Biomasse erzielt.

In Europa hingegen gehen viele der großen Länder den vorgeschriebenen Weg der Abkehr von der Kohle und stellen auf Biomasse um, insbesondere in nordischen Ländern wie Dänemark, wo Biomasse auch eine beliebte Wärmequelle für die Fernwärmeversorgung ist.

Was ist ein Biofilter?

Biofilter sind Filter für die Wasser- und Geruchsbehandlung, z. B. bei der Abwasserbehandlung.

Sie werden für die Wasser- und Geruchsbehandlung eingesetzt, unterscheiden sich aber je nach Anwendung in Aufbau und Funktionsweise.

Anwendungen von Biofiltern

Biofilter werden für die Wasseraufbereitung und Geruchsbehandlung eingesetzt.

1. Biofilter für die Wasseraufbereitung

Biofilter werden für die Wasseraufbereitung eingesetzt. Die Hauptanwendungen sind die Behandlung von häuslichem und industriellem Abwasser sowie von Abwasser aus der Land- und Viehwirtschaft.

Sie werden daher in Abwasserfiltrationsanlagen installiert. Sie werden auch häufig in Aquarien eingesetzt. Sie eignen sich auch als Filter für Fischfarmen und Hauswassertanks.

2. Biofilter für die Geruchsbehandlung

Biofilter werden auch zur Geruchsbehandlung eingesetzt. Sie werden z. B. zur Beseitigung von Gerüchen eingesetzt, die durch die Viehzucht in Schweinebetrieben verursacht werden.

Funktionsweise von Biofiltern

Biofilter unterscheiden sich je nach Anwendungsbereich in Aufbau und in ihrer Funktionsweise.

1. Biofilter für die Behandlung von trübem Wasser

Biofilter zur Trübwasserbehandlung werden zur Behandlung von Trübwasser eingesetzt, das durch Bauarbeiten usw. verursacht wird. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie als Vegetationsunterlage verwendet werden können und sich nach der Installation auf natürliche Weise zersetzen. Biofilter reinigen Abwässer und Gerüche, indem sie diese in eine Filterschicht mit Mikroorganismen leiten.

2. Biofilter für die Abwasserreinigung

Biofilter, die in Kläranlagen eingesetzt werden, bestehen aus einem dünnen Film von Mikroorganismen, die sich auf der Oberfläche des Füllmaterials, aus dem der Filter besteht, und in den Zwischenräumen des Füllmaterials befinden. Das Abwasser wird mit diesem System gefiltert und gereinigt, das als biologisches Membranbelebungsverfahren bezeichnet wird.

Im Vergleich zum Belebtschlammverfahren, das üblicherweise zur Behandlung von Haushalts- und Industrieabwässern eingesetzt wird, ist die BSB-Entfernungsrate pro Volumeneinheit der Anlage höher. Dadurch sind die Anlagen kleiner und widerstandsfähiger gegen Temperaturschwankungen, was unter anderem ihre Wartung und Verwaltung erleichtert.

3. Aquatische Biofilter

Aquatische Biofilter werden häufig in Fischfarmen eingesetzt. Diese Biofilter bestehen aus porösen, kalzinierten Materialien wie Glas. Poröse Biofilter werden in vielen Fischfarmen eingesetzt.

Das poröse Filtermaterial ist ein hervorragendes Substrat für Mikroorganismen, auf dem sich nitratreduzierende Bakterien und denitrifizierende Bakterien mit nitrifizierenden Eigenschaften vermehren, Ammoniak oxidieren und die Wasserqualität erhalten.

4. Biofilter für die Geruchsbehandlung

Zu den Biofiltern für die Geruchsbehandlung gehören Filter aus Palmhülsen oder Holzspänen mit Zusatz von organischem Material. Das System desodoriert Gerüche, indem es geruchshaltige Luft durch diese Filter leitet und dabei Wasser versprüht.

Ein anderer Typ von Biofiltern zur Geruchsbehandlung verwendet die Methode der Bodendeodorierung. Der Bodenteil, der als Filter fungiert, besteht aus einer Schotterschicht mit großen Partikeln, einer Sandschicht und einer Bodenschicht mit Mikroorganismen.

Geruchsbeladene Gase werden mit einem Gebläse in den unteren Teil der Bodenschicht eingeleitet und von der Schotterschicht langsam durch die Sand- und Bodenschicht geleitet, wo die Mikroorganismen die Geruchsstoffe in geruchlose Substanzen abbauen. Wenn der Boden auszutrocknen droht, wird der Boden mit Hilfe von Sprenklern mit Wasser besprüht, um ein Absterben der Mikroorganismen zu verhindern.

5. Biofilter für Aquarien

Einer der bekanntesten Biofilter in unserem täglichen Leben ist der Bodenfilter für Aquarien. Diese Bodenfilter konzentrieren sich auf die biologische Filterung. Bei der Verwendung eines Bodenfilters kommt es vor allem darauf an, wie die Biofiltrationsfunktion funktioniert.

Damit die biologische Filterung funktioniert, müssen drei Punkte beachtet werden:

1. Das Filtermedium muss in der Lage sein, Bakterien zu beherbergen.
2. Die Umgebung muss gut mit Sauerstoff angereichert sein.
3. Es muss eine starke Wasserströmung vorhanden sein.

Um einen Biofilter im Aquarium zu installieren, schließen Sie zunächst einen Luftschlauch an den Bodenfilter an und platzieren ihn am Boden des Aquariums. Die Installation wird abgeschlossen, indem Kies oder ein anderes Bodengrundmaterial auf den Filter gestreut wird.

Das Wasser wird mit Hilfe einer Luftpumpe oder ähnlichem durch den Bodensand des Bodenfilters geleitet, so dass sich Bakterien im Bodensand ansiedeln können, der dann als Filtermedium dient.

Weitere Informationen zu Biofiltern

Zu beachtende Punkte bei Bodenfiltern

Die folgenden Punkte sollten bei der Verwendung eines Bodenfilters beachtet werden:

1. Die Menge des Bodenmaterials, die verwendet werden kann, ist begrenzt
Feiner Sand und Körner werden in den Bodenfilter fallen und die Wasserzirkulation behindern. Bodengrund, der viele Nährstoffe enthält, ist ebenfalls ungeeignet, da die Nährstoffe in das Becken diffundieren.

2. Unverträglichkeit mit Aquarienpflanzen
In einem Bodenfilter sammeln sich auch Fäkalien und andere Verunreinigungen auf dem Bodengrund an, der regelmäßig gereinigt werden muss, da Schmutz auf dem Bodengrund die Effizienz der Filterfunktion beeinträchtigt. Die Verwendung von bewurzelten Wasserpflanzen ist nicht geeignet, da sie nicht nur den Wasserfluss im Filter behindern, sondern auch die Reinigung des Bodengrundes erschweren.

Was ist ein Kerbfilter?

Kerbfilter sind optische Filter, die nur bestimmte Wellenlängenbereiche des Lichts auf sehr niedrige Werte abschwächen (blockieren), während andere Wellenlängenbereiche des Lichts eine hohe Transmission aufweisen.

Kerbfilter werden auch als Bandsperre oder Bandpassfilter bezeichnet. Bandsperrfilter werden im Allgemeinen verwendet, um nur Licht in einem bestimmten Wellenlängenband durchzulassen, während Kerbfilter die umgekehrte Funktion haben (nur Licht in einem bestimmten Band wird nicht durchgelassen).

Anwendungen von Kerbfiltern

Kerbfilter werden z. B. verwendet, um Anregungslicht aus einem Laserstrahl mit einer einzigen Wellenlänge zu entfernen. Laser sind im Allgemeinen Geräte, die mit einem Anregungslicht oszillieren, um eine hohe Intensität und Leistung zu erzeugen.

Sie emittieren Licht mit einer einzigen Wellenlänge, können aber mit Anregungslicht gemischt werden. Kerbfilter können verwendet werden, um das vom Laser emittierte Licht zu extrahieren und das Anregungslicht zu blockieren.

Kerbfilter werden auch in der Raman-Spektroskopie und der Fluoreszenzspektroskopie eingesetzt, also in wissenschaftlichen Analyseinstrumenten, die mit Lasern arbeiten. Indem das Licht der Anregungslichtquelle und anderer Quellen abgeschnitten wird, wird nur das zu messende Raman-Spektrum oder Fluoreszenzspektrum erfasst, was Messungen mit geringem Hintergrund ermöglicht.

Funktionsweise von Kerbfiltern

Kerbfilter bestehen aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm, der sich aus mehreren Schichten von Dielektrika mit unterschiedlichen Brechungsindizes auf einem optisch polierten Glassubstrat zusammensetzt. Der dielektrische Mehrschichtfilm absorbiert kein Licht, und der Unterschied im Brechungsindex zwischen den Schichten führt zu Reflexion und Interferenz, so dass Licht in einem bestimmten Band blockiert werden kann. Die Durchlässigkeit variiert je nach Einfallswinkel und Polarisation (S- oder P-Polarisation). Mit zunehmendem Einfallswinkel verschiebt sich die mittlere Wellenlänge der Sperrung zu kürzeren Wellenlängen.

Dielektrische Mehrschichtfilme bestehen aus Materialien mit hohem Brechungsindex (Brechungsindex 2-2,5) wie Titanoxid und Tantal und Materialien mit niedrigem Brechungsindex (1-1,5) wie Siliziumoxid und Magnesiumfluorid. Die Abscheidung kann durch Aufdampfen im Vakuum oder durch Elektronenstrahlverdampfung auf ein Dielektrikum erfolgen.

Die Oberfläche des Filters ist aufgrund des dielektrischen Mehrschichtfilms und der Antireflexionsbeschichtung sehr widerstandsfähig und kratzunempfindlich. Außerdem ist die Einfallsrichtung festgelegt und in der Regel durch einen Pfeil am Rand des Filters gekennzeichnet. Ob die Einfallsrichtung vom Ende des Pfeils oder entlang des Pfeils verläuft, hängt vom Hersteller ab, so dass es notwendig ist, dies im Voraus zu prüfen.

Weitere Informationen zu Kerbfiltern

Begriffe zur Beschreibung der Leistung von Kerbfiltern

Die folgenden Begriffe sind notwendig, um die Leistung eines Kerbfilters zu definieren, damit ein Kerbfilter ausgewählt werden kann:

1. Optische Dichte
Die optische Dichte (OD) gibt an, wie gut ein Kerbfilter das Laserlicht bei einer bestimmten Wellenlänge blockiert. OD = 6 bedeutet eine Durchlässigkeit in der Potenz von 10 minus 6, d. h. eine Durchlässigkeit von 0,0001 %, wobei ein höherer OD-Wert auf eine höhere Blockierungsrate hinweist.

Je höher der OD-Wert ist, desto größer ist jedoch die optische Wirkung und desto breiter ist in der Regel der Sperrbereich, so dass Sie ein Kerbfilter mit dem entsprechenden OD-Wert auswählen können, indem Sie die Intensität des zu verwendenden Lasers prüfen und den für die Sperrung ausreichenden OD-Wert kennen.

2. Mittenwellenlänge
Die Mittenwellenlänge ist die Wellenlänge in der Mitte des Wellenlängenbereichs, in dem das Licht den Kerbfilter nicht durchdringt und in dem der OD-Wert am größten ist. Da der Hauptzweck von Kerbfiltern darin besteht, Laser zu blockieren, sind die meisten handelsüblichen Kerbfilter im Allgemeinen so ausgelegt, dass die mittlere Wellenlänge der Wellenlänge des am häufigsten verwendeten Lasers entspricht. Einige Hersteller produzieren maßgeschneiderte Kerbfilter mit ausgewählten Mittenwellenlängen, die jedoch teurer sind als die im Handel erhältlichen.

3. Sperrbereich
Der Sperrbereich ist der Wellenlängenbereich, in dem das Licht durch den Kerbfilter blockiert wird. Er ist definiert durch die volle Breite bei halbem Maximum des Bereichs, durch den kein Licht durchgelassen wird. Kerbfilter sind in der Regel so eingestellt, dass sie im Wellenlängenbereich außerhalb des Sperrbereichs eine hohe Durchlässigkeit aufweisen, und einige Filter haben eine Durchlässigkeit, die mit zunehmender Entfernung vom Sperrbereich abnimmt. Daher ist es notwendig, das Durchlässigkeitsspektrum im Messwellenlängenbereich vorab zu prüfen, da bei der Messung eines breiten Spektrums das Problem besteht, dass das gewünschte Licht nicht durch einen Kerbfilter hindurchtreten kann.