In einem Organic-Rankine-Cycle-Prozess (ORC-Prozess) wird wie in einem Dampfkraftwerk thermische in mechanische Energie umgewandelt. Durch den Einsatz von anderen Fluiden als Wasser im Kreislauf kann der Prozess mit niedrigeren Temperaturen betrieben werden und so bei der Wärmerückgewinnung von Niedertemperatur-Ab­wärme (ab 80°C) eingesetzt werden. Ziel des Forschungsverbundprojekts war die Entwicklung einer Klein-ORC-Anlage als Nachrüstmodul für Biogasanlagen. Dadurch können bisher ohne Wärmenutzungskonzept betriebene Biogasanlagen auch die Anforderungen an das EEG 2012 erfüllen, welches eine Nutzung der Abwärme auch durch ORC-Anlagen als Voraussetzung für die weitere Förderfähigkeit vorsieht. Für die Klein-ORC-Anlage wurde der Prototyp eines Gasdruckmembranmotors entwickelt, der als Expandermaschine eingesetzt werden kann. Seine geringeren Kosten machen die Gesamtanlage günstiger und verkürzen den Return-of-Invest.

Die wesentlichen Aufgaben im Verbundprojekt waren die numerische Simulation des Mem­branmotors, die Auslegung, Anpassung und Optimierung des ORC-Prozesses, die wissenschaftliche Begleitung der Ergebnisse der Projektpartner sowie eine abschließende Bewertung der errichteten ORC-Anlage.

In der numerischen Simulation kam eine 2-Wege-Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) und eine reine Strömungssimulation (CFD) zum Einsatz. Bei der FSI-Simulation wurden die Bewegungen der Festkörperkomponenten wie Welle, Pleuelstange und Membran sowie die Fluidströmung und deren Zusammenwirken berechnet. Für die Untersuchung verschiedener Auslegungsvarianten zeigte sich eine reine CFD-Simulation, die schneller adäquate Ergebnisse liefern konnte, als ausreichend.  Durch die Versuche an einem Funktionsmuster im Labor und die Auswertung der Messergebnisse mithilfe der Simulationen wurden die wesentlichen Konstruktionsparameter festgelegt, die dann von den Projektpartnern übernommen wurden.

Auf Grundlage der Prozessauslegung des Instituts wurde die projektierte ORC-Anlage durch die Projektpartner errichtet. Abweichend vom ursprünglich geplanten Aufstellungsort an einem Biogas-BHKW ist die ORC-Anlage an der Hochschule Nordhausen installiert worden, da hier eine bessere Überwachung der Testläufe möglich ist. Zu diesem Zweck wurde zusätzlich eine elek­trische Thermoölanlage an der Hochschule Nordhausen aufgebaut. Aufbauend auf dem bestehenden Prüfstand soll in einem Folgeprojekt der Membranmotor durch einen Kunststoff-Scrollexpander ersetzt werden. Projektpartner waren die Firmen Galek & Kowald (Mühlhausen), Hörisch-Präzision (Apolda) und die Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung (Schmalkalden)