Forschung

In Engelhartszell wird ein Wirtschaftsgebäude errichtet, das möglichst nachhaltig, ressourcenschonend und kreisläuffähig ist. Dazu werden Forschungsfragen hinsichtlich des Materialeinsatzes und der Energieversorgung des Gebäudes untersucht. In einem ersten Schritt wird auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche erhoben, welche Materialen und Technologien zum Einsatz kommen sollen. In einem zweiten Schritt werden verschiedene HKLS-Konzepte in Kombination mit einem passenden Wärmeverteilsystem entwickelt. Als nächster Schritt folgt die Abbildung des Gebäudes in einer Gebäudesimulationsumgebung, um einerseits verschiedene Varianten des Wandaufbaus und der Energieerzeugung zu simulieren, aber auch die Auswirkungen auf den Komfort und das Raumklima abbilden zu können. In einer abschließenden Phase werden die Ergebnisse gesammelt und in einem Abschlussbericht zusammengefasst.

Holz ist eines der wichtigsten Materialien für kohlenstoffneutrale Bauprodukte, aber ein Nachteil besteht: es ist brennbar. Die Entzündung von Holz unterliegt komplexen Mechanismen, die noch nicht vollständig geklärt sind. Allgemein wird mit der Entzündung meist eine Flammbildung gleichgesetzt, jedoch kommt es vor jeder Entzündung von Gasen zur Bildung einer reaktiven Kohleschicht an der Oberfläche. Solche Schichten können sich bereits bei Temperaturen, die deutlich unter den allgemein anerkannten Zündtemperaturen von Holz (z.B. Fichte: 280 °C) liegen, bilden. Bekannt ist, dass bei ausreichend langer Einwirkdauer bereits Temperaturen unter 200 °C für die Bildung dieser Kohleschicht ausreichen. Wie lange genau, ist bisher nicht wissenschaftlich fundiert nachgewiesen. Bekannt sind Fälle, bei denen sich Holz nach Langzeit Niedrigtemperatureinwirkung weit unterhalb des Zündpunktes von selbst entzündet haben soll. Es wird vermutet, dass dabei Chemiesorptionsprozesse stattfinden, welche die Holzkohle Oberfläche mit Sauerstoffatomen anreichern und die für eine Entzündung notwendige Aktivierungsenergie maßgeblich senken können und es so zu einer Selbstentzündung bei niedrigeren Temperaturen kommt. In welchem Ausmaß die vermuteten Einflussgrößen von Pyrolysegrad der Holzkohle und Dauer von Temperatureinwirkung sich auf eine Oberflächenanreicherung mit Sauerstoff auswirken und diese zu einer Entzündung bei Temperaturen unter 200 °C führen sind Forschungsinhalt des vorliegenden rundlagenprojektes. Um den hierarchischen Aufbau von Holz möglichst holistisch betrachten zu können, werden Untersuchungen sowohl an Kleinstproben im Mikrobereich als auch an makroskopischen Proben im Zentimeterbereich durchgeführt. Die Ergebnisse sollen Klarheit über die Prozesse, die bei der Selbstentzündung von Holz bei niedrigen Temperaturen eine Rolle spielen, bringen und damit die Grundlage für einen noch sichereren und effizienteren Umgang mit dem natürlichen Baumaterial Holz liefern.

Die Klimakrise verlangt nach Lösungen zur drastischen Verringerung des Treibhausgasausstoßes und, darüber hinaus, zur Ausschleusung von Kohlendioxid (CO2) aus dem kurzfristigen Kreislauf (Negativ-Emissions-Technologien – NET). Technologien, die nachhaltig produzierte Biomasse energietechnisch nutzen und gleichzeitig CO2 abscheiden und für eine Speicherung bereitstellen, können hier einen relevanten Beitrag leisten. Die in Wien entwickelte und zuletzt stark weiterentwickelte Zweibett-Wirbelschichttechnologie lässt sich sowohl für die Erzeugung erneuerbarer Gase als auch für die verfahrensinhärente Abscheidung von CO2 nach dem Chemical-Looping Prinzip nutzen. Für eine Maßstabsvergrößerung in Richtung einer kommerziellen Anlage ist ein Designprozess notwendig, der die optimale Dimensionierung der geometrischen Proportionen einer solchen Anlage betrifft. Um eine rationale Systemauslegung auf wissenschaftlicher Basis zu ermöglichen, wird im Projekt Fluid4NET ein bestehendes fluiddynamisches Kaltmodell einer Zweibett-Wirbelschicht-Technikumsanlage so adaptiert und messtechnisch ausgestattet, dass die Untersuchung von Gaserzuegung und Chemical Looping möglich wird. Im Zuge gezielter Messungen von Gas- und Partikelströmungen im Wirbelschichtsystem kann das Design am Kaltmodell in Bezug auf die Gas-Feststoff-Kontaktqualität und die angestrebte Betriebsstabilität hin optimiert werden. Ziel des Projektes ist, durch ein tiefes Verständnis der fluiddynamischen Vorgänge auf ein rational begründetes Wirbelschichtsystemdesign für eine mögliche, maßstabsvergrößerte Anlage zu kommen.