Energy & Process Technologies

Die österreichische Bundesregierung will den Gebäudesektor bis 2040 dekarbonisieren; Wärmepumpen sind dafür zentral, und ihr effizienter Betrieb senkt Kosten und Emissionen. Erforderlich sind ein tiefes Verständnis des thermodynamischen Gebäudeverhaltens sowie belastbare Prognosen zu Wetter und Nutzung, trotz Unsicherheiten, komplexer Modelle und Integrationsherausforderungen in bestehende Energiesysteme. Bisherige Ansätze (u. a. MPC, hybride physikalisch-datengetriebene Modelle) stoßen bei automatisierter Parametrisierung und großflächiger Anwendung an Grenzen. Das Dissertationsvorhaben entwickelt verbesserte und neue Modelle, um eine adaptive, skalierbare Steuerung von Wärmepumpen in unterschiedlichen Gebäuden zu ermöglichen, gestützt durch HiL/SiL-Umgebungen und eine umfangreiche Realdatenbank. Es leistet einen wissenschaftlichen Beitrag zu skalierbaren Benchmarking-Methoden für Gebäudemodelle und Energiemanagementsysteme sowie deren datenbasierte, automatisierte Entwicklung.

Im Rahmen des Projekts soll Pulveraktivkohle aus kommunalen Reststoffen behandelt werden, um eine Funktionalisierung auf spezifische Anwendungen zu erreichen. Ein Ansatz konzentriert sich auf die In-situ-Funktionalisierung: Durch Anpassung der Prozessparameter während der Vergasung werden die Eigenschaften der Pulverkohle geändert werden, um Aktivkohle mit größerer Oberfläche erhalten. Der zweite Ansatz besteht darin, die Eigenschaften der Holzkohle durch Behandlung in einem externen Reaktor mit verschiedenen Methoden wie chemischer Imprägnierung und / oder Dampfbehandlung zu verbessern. Die funktionalisierte Pulveraktivkohle kann in kommunalen Abwasserreinigungsanlagen (ARA's) eingesetzt werden, etwa für die Vorbehandlung hochbelasteter Abwässer, zur Stabilisierung von Faulgasprozessen oder zur Verbesserung der Faulschlamm-Eigenschaften (Entwässerbarkeit). Im Hinblick auf die zu erwartende Einführung einer vierten Reinigungsstufe in ARA's kann die Pulveraktivkohle als Adsorptionsmittel für Medikamentenrückstände und anderen Mikroverunreinigungen im Abwasser verwendet werden.

H2Alpin adressiert die Mobilitätswende in alpinen Regionen durch einen integrativen Ansatz über Technik, Wirtschaft und Organisation. Brennstoffzellen-Busse und erste LKWs werden unter alpinen Bedingungen getestet, um reale Daten zu Fahrverhalten, Wartung und Energieverbrauch zu gewinnen. Wirtschaftliche Hürden werden über neue Geschäftsmodelle für Beschaffungsplattformen und Fahrzeugpools mit Mietmodellen adressiert; die Wasserstofflogistik nutzt Bedarfs- und Produktionssimulationen für attraktive Preis- und Vertriebsmodelle. Für eine grüne H2-Versorgung werden bis 2035 präzise Simulationsmodelle entwickelt, die erneuerbare Energie aus Wasserkraft, saisonale Schwankungen und die Transitlage Tirols berücksichtigen. Ein regionaler Umsetzungsplan mit Stakeholdern und Normen schafft Planungssicherheit. Bis Ende 2030 sollen rund 17.700 t CO2 durch wasserstoffbasierte Mobilität in Tirol eingespart werden

Die globale Verschmutzung von Wasserressourcen durch industrielle und natürliche Schadstoffe sowie antibiotikaresistente Keime ist ein zentrales Umweltproblem. Im Einklang mit dem EU-Null-Schadstoff-Ziel und dem "Eine Gesundheit"-Ansatz entwickelt das Projekt neuartige, hBN-basierte Photokatalysatoren und nutzt energieeffiziente LED-Lichtquellen, um Schadstoffe und Keime effizient abzubauen. Nanostrukturiertes hexagonales Bornitrid wird über "ceramics through chemistry" synthetisiert und als Komposit mit Kohlenstoff, CeO2 und biosynthetisierten Edelmetall-Nanopartikeln hergestellt. Der Photokatalysator wird in Kombination mit Membrantechnologie erprobt, um einen energie- und ressourceneffizienten Wasseraufbereitungsprozess zu etablieren, der Mikroschadstoffe, PFAS und Antibiotikaresistenzen wirksam entfernt und EU-Richtlinien erfüllt.

Das Innovationslabor ist Teil des Reallabors INNERGY zur Transformation der Wärmeversorgung in Tirol hin zu 100 % erneuerbaren Energien. Als Open-Innovation-Plattform unterstützt es komplexe, systemübergreifende Lösungen, schafft Test- und Validierungsumgebungen und fördert die Skalierung und Multiplikation innovativer Produkte und Dienstleistungen. Es entwickelt Werkzeuge für Gestaltung, Erprobung und Verbreitung künftiger Systemlösungen, dient als Anlaufstelle für Change-Maker und stärkt das Innovationsökosystem durch transdisziplinäre, lösungsorientierte Zusammenarbeit sowie die Verstetigung des Austauschs zentraler Energie-Innovationsakteure in Tirol.

PFAS (Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen) stehen wegen erheblicher Umwelt- und Gesundheitsgefahren im Fokus; weltweit wurden Restriktionen und Verbote erlassen, wobei Grundwasserkontamination ein besonderes Risiko darstellt. Das Projekt zielt darauf ab, kostenrealistische, feldtaugliche Adsorptionsmaterialien mit hoher PFAS-Kapazität, kurzen Kontaktzeiten und Regenerierbarkeit zu entwickeln, die selbst keine auswaschbaren PFAS freisetzen (ionischer Charakter, hohes Molekulargewicht) und Aktivkohle überlegen sein sollen. Die Materialien werden zur PFAS-Anreicherung aus Wasser optimiert, um Analysen im unteren ng/L-Bereich zu ermöglichen. Parallel werden effiziente Behandlungsprozesse erarbeitet, einschließlich Kombinationen mit Membranverfahren und einer Regeneration via Niedertemperaturplasma zur Schadstoffzerstörung. Die Feldtauglichkeit wird mit realem Grund- und Sickerwasser überprüft, um das Potenzial der neuen Polymere für den Grundwasserschutz zu demonstrieren und zu validieren.

PFAS ("Ewigkeitschemikalien") sind uPBT-Stoffe und gefährden Mensch und Ökosysteme; in 14,3 % der Blutproben europäischer Jugendlicher liegen Werte über dem Leitwert. Die EU will die Exposition im Rahmen des Green Deal durch u. a. Chemikalienstrategie, POP- und REACH-Verordnung, Trinkwasserrichtlinie sowie neue Umweltqualitätsnormen senken; angesichts grenzüberschreitender Gewässer ist Zusammenarbeit über Grenzen nötig. Einträge über Prozess-/Abwässer sowie kontaminiertes Grund- und Trinkwasser sind zu vermeiden, da bestehende Verfahren (v. a. Aktivkohle) für kurzkettige PFAS ineffizient und schlecht regenerierbar sind. Vorgesehen ist die Entwicklung hocheffizienter, hochselektiver, regenerierbarer Ionenaustauscher: Ein makroporöses, aminomodifiziertes Alkyl-Polymer wird per "grafting-to" mit fluoralkylierten Imidazol-Substanzen funktionalisiert, um elektrostatische und fluorophile Wechselwirkungen synergistisch zu koppeln. Geplant sind Materialvergleich (gegen Aktivkohle/Ionenaustauscher), Charakterisierung, Prozessentwicklung/-simulation sowie Regeneration der Harze durch Elution und Oxidation mit nicht-thermischem Plasma, flankiert von PFAS-Hochleistungsanalytik. Hydraulisch optimierte Granulate werden skaliert, Pilotanlagen beidseits des Programmgebiets errichtet und betrieben, um Bewusstsein zu schärfen und praktikable Lösungen aufzuzeigen.

Gebäude verursachen in der EU 40 % des Energieverbrauchs und 36 % der Treibhausgasemissionen; die Elektrifizierung der Wärme erhöht den Druck auf das Stromnetz, weshalb eine intelligente Steuerung über Gebäude-Energie-Management-Systeme (GEMS) nötig ist. Das Projekt Sunne verknüpft die Expertise von HELLA (Verschattung) und iDM (Wärmepumpen), unterstützt vom MCI, um solare Gewinne in Gebäudemodelle zu integrieren und GEMS zu optimieren. Kern ist eine automatisierte Model Factory, die ohne manuelle Konfiguration datenbasiert den thermischen Digitalen Zwilling erzeugt. Durch eine gemeinsame Datenpipeline werden vorhandene Sensordaten moderner Verschattungssysteme genutzt, um den bisherigen "blinden Fleck" (Nutzungs- und thermisches Gebäudeverhalten) für Wärmepumpen-GEMS zu schließen - ohne zusätzliche Sensorik. Neben verbesserten RC-Modellen werden modellfreie, datengetriebene Ansätze geprüft; zugleich wird die Zielfunktion des GEMS mit Komfortanforderungen der Bewohner:innen in Einklang gebracht.