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Power-to-Gas am Eichhof

Das Projekt "Power-to-Gas am Eichhof" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) - Institutsteil Kassel durchgeführt. Bei diesem Projekt handelt es sich um die Methanisierung von Wasserstoff aus Überschussstrom unter Einsatz des im Biogas enthaltenden Kohlendioxids. Erstmals wird dabei über einen längeren Zeitraum das Kohlendioxid ohne vorherige Abtrennung des Methans direkt methanisiert. Hierbei wird der Prozessschritt der Biogasaufbereitung eingespart. Es soll ein konstant hoher Methangehalt im Produktgas von deutlich über 90% erreicht werden, auch bei unterschiedlichem Kohlendioxid Gehalt im Biogas. Das Produktgas aus der Methanisierung wird zwischengespeichert und in Zeiten hohem Strombedarfes in Strom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

Virtuelles Institut NRW: Strom zu Gas und Wärme

Das Projekt "Virtuelles Institut NRW: Strom zu Gas und Wärme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. durchgeführt. Die Transformation der deutschen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende stellt eine enorme Herausforderung dar. Oberstes Ziel ist der Klimaschutz bei gleichzeitiger Sicherstellung der Versorgungssicherheit durch bezahlbare technische Lösungen, die die volatilen erneuerbaren Energien sicher in die Netze integrieren. Um diese Ziele erreichen zu können sind verschiedene Lösungsansätze notwendig, die sowohl einer Flexibilisierung auf Seiten der Erzeuger als auch der Verbraucher bedürfen. Eine verstärkte Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie z.B. Strom, Gas und Wärme, Industrie oder Mobilität, rückt dabei immer weiter in den Fokus der Forschung. Eine zunehmende Bedeutung haben dabei Flexibilitätsoptionen, wie zum Beispiel Demand-Side-Management (DSM), Power-to-Heat (PtH), Power-to-Gas (PtG) oder auch die Erzeugung von chemischen Produkten (PtC) oder Kraftstoffen (PtF) aus Überschussstrom. Gemeinsam wird diese vielseitige Technologiefamilie häufig als Power-to-X abgekürzt. Das Virtuelle Institut 'Strom zu Gas und Wärme' untersucht im Auftrag der nordrhein-westfälischen Landesregierung die Integration dieser Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund des Energiemarktes, der Netzstabilität und des zunehmend zusammenwachsenden Gesamtsystems und leitet daraus Handlungsempfehlungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie ab.

Innovationsforum 'Power to Gas to Power' (PGP)

Das Projekt "Innovationsforum 'Power to Gas to Power' (PGP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg durchgeführt. Die Bundesregierung favorisiert in ihrem aktuellen Energiekonzept die Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie. Um die ehrgeizigen Ziele bis 2050 erreichen zu können, bedarf es in Folge der Leistungsschwankungen einer Lösung zur Nutzung des Überschussstromes. Ein gangbarer Weg ist diesen über die Elektrolyse in Wasserstoff umzuwandeln und das gewonnene H2 im Untergrund zu speichern. Unter Nutzung von CO2 aus Produktionsprozessen oder aus Betriebsspeichern kann über eine Methanisierungsstufe Erdgas erzeugt und ins Transportnetz eingespeist werden. Die gesamte Technologiekette ist bekannt, jedoch noch nicht optimiert. Das vorhandene Know-how soll in einem aufzubauenden Netzwerk gebündelt und die Kompetenzen der Mitwirkenden zum Nutzen der Region erweitert werden. Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Leipzig arbeitet dazu eng mit der TU Bergakademie Freiberg und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus zusammen, die auf den jeweiligen Fachgebieten große Erfahrungen erworben haben. Den Schwerpunkt der Arbeiten bildet die Thematik zum Gastransport und der Gasspeicherung. Zwei weitere Arbeitskreise beschäftigen sich mit der Elektrolyse von H2 und der CO2-Separation sowie der Methanisierung und mit Gaskraftwerken. In den drei Arbeitskreisen wird das Netzwerk aufgebaut und eine zweitägige Fachtagung vorbereitet. Das Vorhaben soll durch eine breite Öffentlichkeitsarbeit begleitet werden, um frühzeitig eine breite Akzeptanz auch bei der Bevölkerung erzielen zu können.

Smart Grid - das Stromnetz der Zukunft: Aufbau eines Systems zur intelligenten Verneztung der Erzeugung und des Verbrauchs von Energie - mySmartGrid

Das Projekt "Smart Grid - das Stromnetz der Zukunft: Aufbau eines Systems zur intelligenten Verneztung der Erzeugung und des Verbrauchs von Energie - mySmartGrid" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik durchgeführt. Durch den Zubau der erneuerbaren Energien steht das deutsche Stromnetz vor der Herausforderung, diese sinnvoll zu integrieren. Die erneuerbaren Energien liefern dabei nicht notwendigerweise dann Strom, wenn der Verbraucher diesen nachfragt - die Stromerzeugung ist vielmehr an die Umweltbedingungen geknüpft. Da im Stromnetz die Leistung exakt dann zur Verfügung stehen muss, wenn der Verbraucher sie abruft, muss hier ein Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch umgesetzt werden. Dabei können zwei Wege beschritten werden: (1) Einerseits kann überschüssiger Strom in großen Batterien gespeichert werden. Damit kann z.B. an einem Sommertag der tagsüber erzeugte Photovoltaikstrom nachts verbraucht werden. Das Projekt myPowerGrid, welches als Ergänzung zum Projekt mySmartGrid zu sehen ist, verfolgt diesen Ansatz. (2) Andererseits kann auch die Nachfrage nach Strom in einem gewissen Umfang so verändert werden, dass Geräte dann betrieben werden, wenn gerade viel Strom aus erneuerbaren Energiequellen im Netz vorhanden ist. Diese Technik wird auch Demand-Side Management genannt und ist in der Industrie seit langem üblich. Um eine hohe Akzeptanz zu erreichen muss die notwendige Technik natürlich gut bedienbar sein, und die Benutzung darf im Alltag nicht umständlich sein. Diesen Ansatz verfolgt das Projekt mySmartGrid. Das Projekt mySmartgrid wurde von 2009 bis 2011 in drei Phasen bearbeitet. In der ersten Phase wurden die Grundlagen geschaffen, um in Privathaushalt Demand-Side Management(DSM) umzusetzen. Dabei wurden die Rahmenbedingungen in Privathaushalten analysiert und im Hinblick auf einen realistischen Kostenrahmen wurden verschiedene Technologien evaluiert. Darauf aufbauend wurde in der zweiten Phase mit der Umsetzung der Entscheidungen aus der ersten Phase begonnen. Die dritte Phase bestand aus der Überführung der Eigenentwicklungen in einen Produktivbetrieb. Als konzeptuelle Besonderheit lässt sich herausstellen, dass wir fast ausschließlich Open-Source Komponenten verwenden. Diese bieten den Vorteil einer schnellen Anpassbarkeit an die Bedürfnisse des Projekts, da der Quellcode (bei Softwarekomponenten) bzw. die Designdateien (bei Hardwarekomponenten) frei verfügbar sind. Gleichzeitig ist es uns wichtig, ein Ökosystem von frei verfügbaren Komponenten zu schaffen. Diese Herangehensweise hat sich als sehr produktiv herausgestellt.

Teilvorhaben 1: TUC

Das Projekt "Teilvorhaben 1: TUC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Metallurgie durchgeführt. Überschussenergie in Form von Strom aus regenerativer Produktion, der mit relativ geringer und variierender Verfügbarkeit anfällt, soll flexibel und hoch effizient in einem 'Power to Heat' Prozess wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Im Rahmen dieses Projektes soll ein existierendes Konzept im Detail weiterentwickelt, theoretisch validiert und mit Unternehmen der Stahlindustrie und des Anlagenbaus auf die Machbarkeit in der betrieblichen Praxis hin diskutiert werden. Dieses Konzept sieht vor, dass relativ kurzfristig anfallender überschüssiger Strom dazu genutzt wird, das im Abgas eines Hochofens enthaltene CO 2 mit Hilfe der umgekehrten Boudouard-Reaktion zu CO umzusetzen. Zu diesem Zweck wird eine Kohleschüttung in einem entsprechenden Reaktor (E-Power-Konverter) mit dem vorhandenen überschüssigen Strom auf Temperaturen größer als 1000 Grad Celsius aufgeheizt und das Abgas des Hochofens über diese Kohleschüttung geleitet werden. Durch die umgekehrte Boudouard-Reaktion wird das CO 2 zu einem hochwertigen, für die Einleitung in den Hochofen geeignetem Gas aufgewertet werden. Das Gas könnte aber auch in anderen Bereichen eines integrierten Hüttenwerkes verwendet werden. Bei fehlendem Überschussstrom wird der Hochofen in konventioneller Weise betrieben. Neben Kohle soll auch die Verwendung zusätzlicher Reststoffe wie Klärschlamm, hydrothermale Kohle und Bioreststoffe getestet werden. 1. Energetische Bilanzierung des Hochofenprozesses auf der Basis realer Betriebsdaten. 2. Massen- und Energiebilanz eines E-Power-Konverters auf der Basis realer Abgasmengen von Hochöfen. 3. Durchführung von Laborversuchen. 4. Identifikation wesentlicher Problemfelder bei einer großtechnischen Umsetzung. 5. Ermittlung der Potentiale verschiedener Brennstoffe inkl. von Bioreststoffen.

Teilvorhaben: CO2-Vermeidung und Sektor Verkehr

Das Projekt "Teilvorhaben: CO2-Vermeidung und Sektor Verkehr" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engler-Bunte-Institut, Bereich Gas, Erdöl und Kohle durchgeführt. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, die Möglichkeit eine volkswirtschaftliche Nutzung (monetär und ökologisch) von überschüssigem erneuerbarem Strom aus fluktuierenden Quellen (im Wesentlichem Wind und PV) durch eine Kopplung vom Strom- und Gasnetz mit Hilfe einer dynamischen Modellierung aufzuzeigen, indem Strom in Form von H2 oder/und CH4 im Gasnetz langfristig und somit unabhängig von der Erzeugung gespeichert wird (Stichwort: Power to Gas). Hierzu soll u.a. aufgezeigt werden, dass auf Basis der saisonalen Speicherung und unter Berücksichtigung aller Energieverbrauchssektoren moderne Gasanwendungen wie z.B. KWK und GuD elektrische Ausgleichsenergie bereitstellen und so zur Versorgungssicherheit beitragen kann. Ferner sollen Handlungsempfehlungen für den Netzausbau zur Verfügung gestellt werden. Neben der Bereitstellung von Daten zur EE-Stromerzeugung und der Analyse von CO2-Quellen wird DVGW-EBI einen Schwerpunkt in der Potential- und der Kostenermittlung von PtG-Anlagen und der Prognose des Einsatzes von Erdgas- und Wasserstofffahrzeugen haben sowie bei der Ermittlung der Einsparpotentiale von CO2-Emissionen mitarbeiten. Ferner wird DVGW-EBI bei den Rahmenbedingungen für die Ausgestaltung der Energiesysteme für die Modellierung und die Ausarbeitung der Handlungsempfehlungen mitarbeiten.

Mikro-KWK Feldversuch

Das Projekt "Mikro-KWK Feldversuch" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Energiewirtschaft und Anwendungstechnik durchgeführt. Mikro-Kraft-Wärme-Kopplungs-(KWK) Anlagen erzeugen gleichzeitig Wärme und Strom. Ein kleiner Verbrennungs- oder Stirlingmotor erzeugt Strom der bevorzugt zur Eigenbedarfsdeckung verwendet wird. Überschüssiger Strom wird in das öffentliche Netz eingespeist. Im Gegensatz zu konventionellen Kraftwerken kann bei dezentralen KWK Systemen die Abwärme für die Heizung oder zur Warmwasserbereitung verwendet werden. Mit Hilfe eines intelligenten Wärmemanagements kann zudem die Stromproduktion dem aktuellen Stromverbrauch angepasst werden. Der Feldversuch umfasst insgesamt 12 KWK-Anlagen verschiedener Größe und Technologie sowie von unterschiedlichen Herstellern. Die aufgezeichneten Daten werden im Feldversuch vor Ort gesammelt, weiterverarbeitet und an den Lehrstuhl zur Datenauswertung weitergeleitet.

Teilvorhaben: 6.2 Synergie von Power to Gas und Bioabfallbehandlung

Das Projekt "Teilvorhaben: 6.2 Synergie von Power to Gas und Bioabfallbehandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtreinigung Hamburg, Anstalt öffentlichen Rechts, Abteilung Kommunikation und Innovation durchgeführt. Am BKW Bützberg verwertet die SRH AöR Bioabfall durch diskontinuierliche Vergärung in einem Perkolationsverfahren. Biogas wird mittels Aminwäsche aufbereitet und Biomethan in das Erdgasnetz eingespeist. CO2-Abgas wird über ein Gasumwälzsystem zur Spülung der Fermenter verwendet. Die Roh-Biogaszusammensetzung ist ca. 55%CH4/45%CO2. CO2 ist bereits im Rohgas vergleichsweise hoch konzentriert. Es ist naheliegend, dieses CO2 zur Methanisierung mit Wasserstoff zu nutzen. Biologische Methanisierung von H2 und CO2 (aus hydrolytischen Abbauprozessen) durch Archaeen ist ein Teilvorgang der Biogasbildung. Bei nachlassender Hydrolyseaktivität (diskontinuierliche Vergärung) sinkt der H2-Partialdruck, nimmt die Aktivität der Archaeen ab und die der acetoklastischen Methanbildner steigt. Zusätzliche Wasserstoffzufuhr verstärkt dann die Aktivität der Archaeen und Gär-CO2 wird zusätzlich zu Methan umgesetzt - die Biogasqualität wird erhöht. Wasserstoff am Standort der Bioabfallvergärung durch Nachrüstung einer Elektrolyse aus regenerativem Überschussstrom klimaneutral zu erzeugen, in den Fermentern mit Gär-CO2 zu methanisieren, zu Biomethan/SNG aufzukonzentrieren und in das Erdgasnetz einzuspeisen bietet Synergien zur Überschussstromspeicherung im Erdgasnetz und sektorenübergreifenden Nutzung. Demonstration der Machbarkeit und der Synergiepotentiale für PtX an einer Bioabfallbehandlungsanlage mit Vergärungsstufe, Biomethanerzeugung und -einspeisung in das Erdgasnetz mit besonders geringem verfahrenstechnischem Aufwand. Bilanzierung der Stoffströme und der Stoffumsetzung in Abhängigkeit zu den Prozessparametern, Ermittlung der externen Rahmenbedingungen wie Grenzwerte für H2 bei der Einspeisung von Biomethan, Bilanzierung der CO2-Einsparungen, Wirtschaftlichkeitsermittlung, Analyse wirtschaftlicher Hemmnisse und Empfehlungen zur Verminderung dieser Hemmnisse.

Teilvorhaben 2: UDE

Das Projekt "Teilvorhaben 2: UDE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Technologien der Metalle, Lehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung durchgeführt. Überschussenergie in Form von Strom aus regenerativer Produktion, der mit relativ geringer und variierender Verfügbarkeit anfällt, soll flexibel und hoch effizient in einem 'Power to Heat' Prozess wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Im Rahmen des Projektes E-Power-Konverter soll ein existierendes Konzept im Detail weiterentwickelt, theoretisch validiert und mit Unternehmen der Stahlindustrie und des Anlagenbaus auf die Machbarkeit in der betrieblichen Praxis hin diskutiert werden. Dieses Konzept sieht vor, dass relativ kurzfristig anfallender überschüssiger Strom dazu genutzt wird, das im Abgas eines Hochofens enthaltene CO2 mit Hilfe der umgekehrten Boudouard-Reaktion zu CO umzusetzen. Zu diesem Zweck wird eine Kohleschüttung in einem entsprechenden Reaktor (E-Power-Konverter) mit dem vorhandenen überschüssigen Strom auf Temperaturen größer als 1000 Grad C aufgeheizt und das Abgas des Hochofens über diese Kohleschüttung geleitet. Durch die umgekehrte Boudouard Reaktion wird das CO2 zu einem hochwertigen, für die Einleitung in den Hochofen geeignetem Gas aufgewertet. Das Gas könnte auch in anderen Bereichen eines integrierten Hüttenwerkes verwendet werden. Bei fehlendem Überschussstrom wird der Hochofen in konventioneller Weise betrieben. Neben Kohle soll auch die Verwendung zusätzlicher Reststoffe wir Klärschlamm, hydrothermale Kohle und Bioreststoffe getestet werden. Hierzu wird auf Basis realer Betriebsdaten eine Massen- und Energiebilanz des Hochofenprozesses und des Hochofenprozesses in Kombination mit einem E-Power-Konverter aufgestellt. Im Rahmen von Laborversuchen werden wesentliche Problemfelder bei einer großtechnischen Umsetzung identifiziert.

Teilvorhaben Y0

Das Projekt "Teilvorhaben Y0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AREVA H2Gen GmbH durchgeführt. Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Hauptziele der Bekanntmachung 'Kopernikus-Projekte für die Energiewende' des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Aufgrund der gestiegenen Umwelt- und Klimaschutzanforderungen sollen eine langfristige Dekarbonisierung der Energiesysteme und eine Speicherung und Nutzung des 'Überschussstromes' aus erneuerbaren Quellen erfolgen. Das Vorhaben soll im Erfolgsfall als Teil des Kopernikus-Projektes 'P2X' einen signifikanten Beitrag zu den Zielen der deutschen Energiewende leisten. Ziel des Vorhabens ist es, Lösungen zu erarbeiten, zu demonstrieren und zu implementieren, mit denen unter Einsatz erneuerbar erzeugter elektrischer Energie stoffliche Energieträger und chemische Produkte für Anwendungen in den industriellen Leitmärkten Energie, Transport/Verkehr und Chemie wirtschaftlich, zeitlich flexibel und auf die gesellschaftlichen Bedürfnisse abgestimmt produziert werden. Die AREVA H2Gen GmbH bearbeitet die Arbeitspakete AP 2.1 und 2.2 sowie 4.1, 4.2, 4.3, 4.4 und 4.5 als auch 6.1 und 6.2 des Forschungsclusters FC-B1. Ziel dieses Forschungsclusters ist es, regenerativ erzeugten Wasserstoff für Anwendungen im Mobilitätssektor und in der chemischen Industrie möglichst effizient nutzbar zu machen. Flüssige organische Wasserstoffträger (engl.: Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHC)) sind hier sehr vielversprechend, da sie die bestehende Kraftstoff-Infrastruktur für die Speicherung und Logistik von Wasserstoff nutzbar machen. Dieser wird dabei katalytisch an ein hochsiedendes Trägerfluid chemisch gebunden und bei Bedarf ebenfalls katalytisch wieder freigesetzt. Das Projekt umfasst die Entwicklung und Demonstration der Prozessketten vom bereitgestellten Elektrolysewasserstoff bis hin zur Wasserstoffabgabe an einer Tankstelle bzw. bis hin zu Hydrierverfahren der chemischen Industrie.

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