Bewertung von Tunnelfiltertechnologien

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1 Bewertung von Tunnelfiltertechnologien Tunneldialog 2. Sitzung Dr. Esther Stahl, Dr. Stefan Schlüter Fraunhofer UMSICHT Folie 1

2 Bewertung Tunnelfiltertechnologien Technologien? Wirkungsgrad? Wartungsaufwand? 1. Einbausituation Schwäbisch Gmünd? Quelle: Fuji Electric Co., Ltd. Quelle: Aigner Tunnel Technology GmbH Ökobilanz 2.5 Energiebedarf? Kosten? 5. Finanzierung? Quelle: ECOVAC Filteranlagen GmbH Quelle: FILTRONtec GmbH Folie 2

3 Aktueller Stand Tunnelfiltertechnologien Partikelfilter Elektrostatische Abscheider (>50) Filternde Abscheider (?) Kombination beider Varianten (12) Gasfilter Adsorptionsfilter Aktivkohle + alternative Chemiesorbenzien (>5) Absorptionsfilter Waschverfahren (0), Biofilter (1) Photokatalytische Oberflächen (0) Folie 3

4 Beispiel 1: Elektrostatischer Abscheider Quelle: FILTRONtec GmbH Folie 4

5 Beispiel 2: Filternder Abscheider Quelle: Rottmann, 2008 Quelle: Ecovac/Donaldson Folie 5

6 Abscheideleistung Partikelfilter Firma/Produkt Abscheidegrad* Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco) 80-92%, Ø ca. 88% Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco Hybrid) Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco EP) Deus Energie- und Umweltsysteme GmbH (Wandlunge) 90-97% ECOVAC Filteranlagen GmbH + AWS Group AG FILTRONtec GmbH 80-90% Fuji Electric Co.,Ltd 80% Kawasaki >80% KGD Developments Ltd. European Sales 88,7% Wahl des Abscheidegrads für Ausbreitungsrechnung 80% *Massebezogen 80-92% Volllast (Ø83%); 88-92% Teillast (Ø91%) 80-94% Volllast (Ø89%); 92-98% Teillast (Ø97%) 99,9% (für 1 µm Partikel) Folie 6

7 Druckverlust Partikelfilter Firma/Produkt Druckverlust [Pa] Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco) 250 Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco Hybrid) 250 Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco EP) Deus Energie- und Umweltsysteme GmbH (Wandlunge) ECOVAC Filteranlagen GmbH + AWS Group AG FILTRONtec GmbH Fuji Electric Co.,Ltd Kawasaki <250 KGD Developments Ltd. European Sales 60 V=150m³/s, Δp=60 Pa 9 kw P V p V=150m³/s, Δp=250 Pa 37,5 kw Folie 7

8 Aktueller Stand Gasfilter Gasfilter (NO x ) Adsorptionsfilter Aktivkohle, alternative Adsorbentien Absorptionsfilter Waschverfahren, Biofilter Photokatalytische Oberflächen Folie 8

9 NOx-Problematik NO und NO 2 Stickoxide liegen in Form von NO und NO 2 vor; im Straßentunnel ca % NO 10-20% NO 2 Gasfilter (trockene und nasse) scheiden vornehmlich (80-90%) NO 2 ab, die Abscheideraten für NO sind dagegen sehr niedrig (0-10%). Das bedeutet in der Praxis: Alle Technologien zur NOx-Entfernung benötigen eine Vorstufe zur Umwandlung von NO zu NO 2. und Die Gesamtabscheideleistung für NOx hängt stark von dieser Vorstufe ab. Bei praxisnahen NO-Wandlungraten von max. 50% beträgt der Gesamtwirkungsgrad der NOx-Entfernung maximal 40-55%. Folie 9

10 Beispiel 1: Aktivkohlefilter Ca. 5 Gew-% Aufnahmekapazität NO 2 Folie 10

11 Beispiel 2: Waschverfahren Quelle: AWS Group AG Folie 11

12 Abscheideleistung Gasfilter Firma/Produkt Aigner Tunnel Technology GmbH (NOxCAT) Deus Energie- und Umweltsysteme GmbH (Wandlunge) ECOVAC Filteranlagen GmbH + AWS Group AG Abscheidegrad NO NO 2 NO x 0 >80 % k.a. 20% 60% k.a. k.a. 80% k.a. FILTRONtec GmbH 30% 80-90% 60-70% Fuji Electric Europe GmbH k.a. 90% 80% KGD Developments Ltd. European Sales, Camfil Farr Wahl des Abscheidegrads für Ausbreitungsrechnung 30% 80% 40% Folie 12

13 Druckverlust Gasfilter Firma/Produkt Druckverlust [Pa] Aigner Tunnel Technology GmbH (NOxCAT) Deus Energie- und Umweltsysteme GmbH (Wandlunge) 200 ECOVAC Filteranlagen GmbH + AWS Group AG? FILTRONtec GmbH Fuji Electric Co.,Ltd (Nishimatsu NOx Removal) <700 KGD + Camfill Farr V=150m³/s, Δp=200 Pa 30 kw P V p V=150m³/s, Δp=900 Pa 135 kw Folie 13

14 Gesamtkonzept Bild: Filtrontec GmbH Folie 14

15 Photokatalyse Technologien und Anbieter Photokatalytische Anstrichfarben und Beschichtungen dotiertes TiO 2, Umsetzung von NO zu Nitrat unter Einfluss der Globalstrahlung > 300 W/m 2, Laborraten ca. 300 μg/(m 2 *h) als Tunneltechnologie nicht verfügbar, da direktes Sonnenlicht erforderlich Anbieter: stoctretec GmbH (Stophosan), Fraunhofer IME Photokatalytisch wirksame Baugruppen Basis: TiO 2, Oxidation zu NO 2 unter Einfluss von UV-Lampen Nachteile: Strombedarf ca. 10 W/m 2, nachgeschaltete NO 2 -Filter notwendig, Wirkungsgrade bis zu 50%, im Dauerbetrieb nicht nachgewiesen Anbieter: u.a. NADICO, Tricom, Fraunhofer Prozesstechnologien und Leistungsbewertung Fraunhofer-Allianz Photokatalyse Folie 15

16 Einbausituation in Schwäbisch Gmünd Gesamtvolumen: 22x11x8 (LxBxH ohne weitere Einbauten) Quelle: BMVBS/RPS Folie 16

17 Erforderliche Baugrößen Firma/Produkt Partikelfilter Anströmfläche [m²] Aigner Tunnel Technology GmbH (Ecco EP) 33 FILTRONtec GmbH 30 Fuji Electric Co.,Ltd 24 Kawasaki 17 KGD Developments Ltd. European Sales 28 Gasfilter Volumenbedarf (LxBxH) [m] Aigner Tunnel Technology GmbH (NOxCAT) 10 (7,5) x 14,3 x 5 (715 m³) FILTRONtec GmbH 15,5 x 11 x 6 (1023 m³) Fuji Electric Co.,Ltd (Nishimatsu NOx Removal) Gesamtvolumen: 22x11x8 (LxBxH ohne weitere Einbauten) Anströmfläche max. ca. 40m² 4,6 x 12 x 4,9 (270 m³) Folie 17

18 Wartungsbedarf/Betriebsmittel Staubentsorgung ca. 540 kg/a (PM10) geringe Entsorgungskosten (120 /t Flugasche) Filterwechsel nach ca. 3 Jahren (geschätzt) Aktivkohle ca. 90 t für einen Betriebszeitraum von 3 Jahren (40 % NOx- Abscheidegrad) Entsorgung oder Regenerierung Wassermengen Spülung unterschiedlich: täglich bis ca. 2x pro Monat Jahresbedarf ca m³/a (entweder entsorgen oder aufzubereiten) Folie 18

19 Einbauvariante 1 Quelle: Rottmann, 2008 Folie 19

20 Einbauvariante 2 Quelle: Bung & Kündig, 2008 Folie 20

21 Bewertung Tunnelfiltertechnologien Anmerkungen? Ergänzungen? Fragen? Folie 21

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