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Entwicklung und Untersuchung kompakter Waermeaustauscher (Sinterkoerper und perforated-plates)

Bauteile aus gesinterten Strukturen koennen eine interessante Moeglichkeit zur Entwicklung kompakter und kleiner Hochleistungswaermetauscher sein. In einer ersten Studie wurden kleine Apparate mit Einsaetzen aus gesinterten Aluminiumkugeln (mit Nickelueberzug) entwickelt. Diese wurden fuer Stroemungen ohne Phasenuebergang experimentell untersucht, um den Waermeuebergang und Druckverlust zu ermitteln. In einer weiteren Studie wird derzeit der Waermeuebergang mit Kondensation in derartigen Strukturen theoretisch untersucht.

Entwicklung, Errichtung und Erprobung eines modularen Biogasanlagenkonzeptes im Containerrastermaß

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Errichtung und Erprobung eines modularen Biogasanlagenkonzeptes, welches den Aufbau von robusten, funktionssicheren und einfach zu betreibenden Kleinst-Biogasanlagen bis zu einer Leistung von kleiner als 30kWel für die energetische Nutzung von Wirtschaftsdünger ermöglicht. Eine Herausforderung und wesentlicher Grund dafür, dass bei den Kleinst- Biogasanlagen bisher die energetischen Potentiale bei der Substratverwendung von Wirtschaftsdünger nur unzureichend genutzt werden konnten, ist die Wirtschaftlichkeit; mit sinkender Anlagenleistung steigen die spezifischen Anlagenkosten. Hier setzt das Anlagenkonzept des angedachten Vorhabens an, in dem es eine konsequente Umsetzung einer seriellen Fertigung von Anlagenmodulen im Containerraster verfolgt. Die damit verbundenen Möglichkeiten, wie: - Reduzierung der Installationskosten beim Anlagenbetreiber durch einen hohen Vorferti-gungsgrad - Reduzierung der Anlagenkosten durch die Entwicklung von standardisierten Modulen und den Möglichkeiten der Serienfertigung - Kalkulierbare Logistikkosten durch den Bau der Module im standardisierten Containerraster bieten die Chance, die Kostennachteile kleiner Anlagen zum Teil zu kompensieren. Die Modularisie-rung und die damit verbundene Möglichkeit der Entwicklung von Produktvarianten in kurzer Zeit erlaubt es, auch in diesem Leistungssegment auf unterschiedliche Standortanforderungen (z.B. Substratmenge und - zusammensetzung) zu reagieren. Bei erfolgreicher Entwicklung der Module sind hier gegenüber der traditionellen projektorientierten Entwicklung Kostenvorteile möglich. Die zusätzliche Orientierung der kleinen Anlagen auf die Eigennutzung der erzeugten Energie ermöglichen bei derzeit steigenden Strompreisen bis zu 30 Cent/KWh und möglicher Nutzung der Abwärme für den Betreiber wirtschaftlich tragfähige Lösungen.

Integration des 'Geothermal-Hub'-Konzepts in das Wärmeversorgungssystem eines Forschungscampus, Teilvorhaben: Fernwärmetransformationsplan und Systemmodellierung

COHP: Aufbau eines Niedertemperatur-Warmwassersystems mit 45 Grad Celsius Vorlauftemperatur aus industrieller Abwärme

Die Roche-Gruppe mit Hauptsitz in Basel, Schweiz, betreibt am Standort im oberbayrischen Penzberg auf einer Fläche von 590.000 Quadratmetern (83 Fußballfeldern) eines der größten Biotechnologie-Zentren Europas mit ca. 7.500 Mitarbeitenden. Hier werden für den Weltmarkt diagnostische Proteine, Reagenzien und Einsatzstoffe sowie therapeutische Proteine biotechnologisch hergestellt. Das Unternehmen beabsichtigt mit diesem Projekt, seine Wärmeversorgung am Standort Penzberg zukünftig CO 2 -frei zu gestalten und unabhängig von fossilen Energieträgern zu werden. Derzeit erfolgt die Wärmeversorgung über die drei Verteilungsnetze Dampfnetz, Nahwärmenetz mit 90/70 Grad Celsius und Wärmerückgewinnungsnetz (WRG-Netz) mit 20/30 Grad Celsius, wobei die Versorgung des Dampf- und Nahwärmenetzes noch vollständig auf Erdgas basiert. Dieses wird in verschiedenen BHKWs und Dampfkesseln eingesetzt, um das gesamte Werk zu versorgen. Nunmehr soll das bestehende WRG-Netz zwar weiterverwendet, jedoch zu einem NT45 Netz (NiederTemperaturNetz, 45 Grad Celsius Vorlauftemperatur) umgebaut werden, um auf Grundlage des höheren Temperaturniveaus nun auch Gebäude beheizen und die bestehende Dampf-Luftbefeuchtung durch Wasserbefeuchtung ersetzen zu können. Die Temperaturerhöhung von 30 Grad Celsius (des Wassers aus dem WRG-Netz) auf 45 Grad Celsius erfolgt mittels Wärmepumpen, die als Wärmequelle vorhandene Abwärmepotenziale (Prozesswärme) des Werks einsetzen. Dazu werden von den bestehenden Kältemaschinen zwei zusätzlich für die Nutzung als Wärmepumpen umgebaut und können in beiden Funktionen betrieben werden. Die Wärmepumpen werden mit 100 Prozent (zertifiziertem) Grünstrom betrieben. Mit dem NT45-Netz werden die Gebäude mit Niedertemperatur  versorgt, die bisher mit Erdgas beheizt wurden. Des Weiteren setzt der Standort bei raumlufttechnischen Anlagen auf Wasserbefeuchtung statt Dampfbefeuchtung. Die Temperierung der Luft erfolgt ebenso mit dem Niedertemperaturmedium. Der COP (“Coefficient of Performance” - Heizleistung je elektrische Antriebsleistung) von sieben und mehr ist erheblich größer als bei standardisierten Wärmepumpen, die einen COP von drei bis fünf haben. Durch die Nutzung der Abwärme wird zusätzlich der Einsatz von Kühltürmen minimiert, woraus sich Einsparungen von Wasser (36.000 Kubikmeter/Jahr), Strom (18.200 Megawattstunden/Jahr) und Bioziden ergeben. Die jährlichen CO 2 -Einsparungen liegen für 2023 bis 2025 bei 1.737 Tonnen CO 2 , steigern sich dann bis 2029 um weitere 2.171 Tonnen CO 2 , so dass diese dann ab 2030 insgesamt bei 3.908 Tonnen CO 2 liegen werden. Diese Größenordnungen zeigen, welche Potenziale in der Nutzung von Prozesswärme liegen. Branche: Chemische und pharmazeutische Erzeugnisse, Gummi- und Kunststoffwaren Umweltbereich: Klimaschutz Fördernehmer: Roche Diagnostics GmbH Bundesland: Bayern Laufzeit: seit 2022 Status: Laufend

Glasfabrik-Herblingertal

Untersuchung der Umwelteinfluesse der projektierten Floatglasfabrik (Fa. Guardian Ind. Corp.) im Herblingertal in Schaffhausen - Vorschlaege bezueglich Abgasreinigung (Schwefeldioxid, Stickoxide, Staub) - Vorschlaege bezueglich Waermerueckgewinnung (z.B. Fernheizanlage im Verbund mit bestehenden Industrien im Herblingertal - insbesondere mit der +GF+ Giesserei - und staatl. Betrieben).

Großtechnisch skalierbare Direct Air Capture Technologie für die Produktion von eFuels auf Basis von Luft-CO2, Teilvorhaben: Technologieskalierung mit begleitenden Materialanalysen und Technologiemonitoring

Im Rahmen des beantragten Vorhabens Air2Fuel soll eine effiziente und für die Synthese von eFuels ausgelegte DAC-Technologie des ZSW umgesetzt werden. Die Technologie wurde bereits im Maßstab 1 kg/h CO2 (DAC1) an einem Demonstrator validiert und soll im Rahmen des Projektes in Kooperation mit den Projektpartnern industrialisiert und erstmalig in den Maßstab 100 kg/h CO2 (DAC100) überführt werden. Die Wäscher-basierte Technologie besteht aus einem Ab- und Desorber und nutzt eine Polyethyleniminlösung als Sorbens. Die Technologie zeichnet sich durch eine kontinuierliche und robuste Betriebsweise, der Einbindung und Nutzung von Prozessabwärmen (Elektrolyse bzw. nachgelagerte Synthese) sowie einer einfachen Skalierbarkeit aus. Bei der Konzeption und technischen Entwicklung des DAC100-Prototypen sollen insbesondere auch für die Industrialisierung relevante Aspekte wie Serienfertigung, Robustheit und Recyclingfähigkeit der eingesetzten Materialien berücksichtigt werden. Dies betrifft insbesondere das bislang eingesetzte CO2-Sorbens, das in dem ZSW-Teilvorhaben weiterentwickelt werden soll.

Großtechnisch skalierbare Direct Air Capture Technologie für die Produktion von eFuels auf Basis von Luft-CO2, Teilvorhaben: Gesamtprojektkoordination und Integration der DAC100-Anlage in die e-gas Produktionsanlage am Standort Werlte

In dem beantragten Vorhaben soll eine bereits erprobte, effiziente und für die Synthese von eFuels ausgelegte DAC-Technologie des ZSW, die bislang als Demonstrator im Maßstab 1 kg/h CO2 (DAC1) validiert wurde, aufgegriffen in Kooperation mit den Projektpartnern ela und atmosfair industrialisiert und erstmalig in den Maßstab 100 kg/h CO2 (DAC100) umgesetzt werden. Die Wäscher-basierte Technologie zeichnet sich durch eine kontinuierliche Betriebsweise, Nutzung von Prozessabwärmen (Elektrolyse bzw. nachgelagerte Synthese) und insbesondere eine einfache Skalierbarkeit aus. Beim Engineering des DAC100-Prototypen sollen insbesondere auch für die Industrialisierung relevanten Aspekte wie Fertigbarkeit in Serie, Robustheit und Recyclingfähigkeit der eingesetzten Materialien berücksichtigt werden. Ziel des Vorhabens ist es, die Technologie im Maßstab DAC100 in realer Einsatzumgebung im e-gas-Anlagenkomplex in Werlte zu betrieben und durch Vermessung der Performancedaten zu validieren. Hierzu wird die Technologie zur CO2-Bereitstellung in den Produktionsstandort für regeneratives Methan und LNG des Projektpartners ela integriert und im Demonstrationsbetrieb über mehrere Tausend Stunden betrieben. Ziel des Projektes und der begleitenden Wirtschaftlichkeitsanalysen ist es, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nachzuweisen und die nächsten Skalierungsschritte in den energietechnischen relevanten Tonnen-Maßstab vorzubereiten. Es ist geplant, dass die Anlage nach Projektende im e-gas-Anlagenkomplex in Werlte weitergetrieben und regeneratives Luft-CO2 für die dortigen Syntheseprozesse bereitstellt.

Biomethanisierung im Rieselbettverfahren und Abwärmenutzung durch eine Hochtemperaturwärmepumpe am Energiestandort Klettwitz/Lausitz, Teilvorhaben: Untersuchung und Maßstabsübertragung des Rieselbettverfahrens in wärmeoptimierter Prozessführung

Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Überführung der biologischen Methanisierung im innovativen Rieselbettverfahren in die industrielle und energiewirtschaftliche Praxis unter (sektorenübergreifender) Nutzung der Prozessabwärme. Zentraler Gegenstand ist die Nutzung regenerativ erzeugten Wasserstoffs unter Reaktion mit CO2 zur Erzeugung von einspeisefähigem Methan. Als gasförmiger Energieträger, Kraftstoff oder chemischer Ausgangsstoff ist die Verknüpfung zu anderen Sektoren und Wirtschaftskreisläufen gegeben. Die hervorzuhebenden volkswirtschaftlichen Vorteile bestehen darin, dass Bestandsanlagen (Windkraftanlagen, Biogasanlagen) auch im Post-EEG-Zeitalter unter Verbesserung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit weitergenutzt werden, auch bei Überangebot der fluktuierenden Energie nicht abgeschaltet werden müssen und die flächendeckend etablierte Erdgas-Infrastruktur zur effizienten Energieverteilung und -speicherung genutzt werden kann. Ziel ist die Integration der Biomethanisierung in den Energieverbund aus Biogasanlage, Windkraftanlage und Nahwärmenetz. Im Ergebnis erfolgt eine Methaneinspeisung ins Erdgasnetz. Eine weitere Innovation dieses Power-to-Gas (PtG)-Ansatzes besteht in der Erhöhung der Arbeitsfähigkeit der Reaktionswärme von Elektrolyseur und Methanisierung mittels des Einsatzes einer Hochtemperaturwärmepumpe (HTWP). Durch die Aufwertung von Abwärme werden die energetischen Verluste deutlich gesenkt und für eine Nutzung für die dezentrale Wärmeversorgung bzw. Kopplung zum Wärmenetz bereitgestellt. Zugleich ist mit der technologischen Lösung die Verminderung von Treibhausgasemissionen verbunden. Statt der Abtrennung und Entlassung in die Atmosphäre erfolgt die Umwandlung und Nutzbarmachung von CO2, sodass eine reale CO2-Kreislaufwirtschaft vorliegt.

Errichtung einer Anlage zur Beheizung der Gewächshäuser einer Gärtnerei mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen, die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme nutzbar machen

Bei dem Pilotvorhaben der OCER Energie GmbH im niedersächsischen Zetel (Kreis Friesland/Niedersachsen), wird die im Grundwasser gespeicherte Erdwärme genutzt, um Gewächshäuser einer Gärtnerei ganzjährig, kontinuierlich mit Wärme zu versorgen. Damit kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Erdgasheizung rund die Hälfte des Brennstoffs eingespart werden. Der Ausstoß an klimaschädlichem Kohlendioxid wird um rund 368 Tonnen pro Jahr verringert. Die im Rahmen des Vorhabens benötigte Wärmeenergie soll mittels erdgasbetriebener Wärmepumpen Brunnenwasser aus rund 30 Meter Tiefe, das ganzjährig ca. 10 Grad Celsius warm ist, gewonnen werden. Zusätzlich soll auch die Abwärme der Gasmotoren genutzt werden. Da an sonnenscheinreichen Tagen eine Beheizung der Gewächshäuser nicht nötig ist, wird die Wärme in dieser Zeit in Wassertanks gespeichert und je nach Bedarf zugeführt. Das Vorhaben kann ein Modell für eine Vielzahl von anderen Gärtnereien und Einrichtungen sein, bei denen die benötigte Energie oft die größten Kosten verursacht und Grundwasser in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Biomassebefeuertes Heizkraftwerk Warendorf

Holz, einschließlich Altholz, kommt eine wichtige Rolle als erneuerbarer Energieträger zu. Die energetische Nutzung von Biomasse kann wichtige Beiträge zur nachhaltigen Energieversorgung und zum Klimaschutz liefern. In Deutschland werden zur Zeit jährlich ca. 5 Mio. t Altholz ohne weitere stoffliche oder energetische Nutzung deponiert, rund 2 Mio. t werden exportiert. Es werden daher aus heutiger Sicht zusätzliche Kapazitäten zur energetischen Nutzung von Altholz benötigt. Hinzu kommt, dass nach Auslaufen der Übergangsregeln der TA Siedlungsabfall im Jahr 2005 die Deponierung von Altholz nicht mehr gestattet sein wird. Die Bio-Energiewerk Warendorf (BEW) GmbH & Co. KG beabsichtigt, regional anfallendes Aufkommen an unzerkleinertem Industrierestholz und Strauchschnitt in einem neu zu errichtenden 13 MW-Biomasse-Heizkraftwerk energetisch zu verwerten. Das emissionsseitig und energetisch optimierte Heizkraftwerk soll in einem Energieverbund mit dem ortsansässigen Industriebetrieb Warendorfer Hartsteinwerke, einer noch zu errichtenden Klärschlamm- und Strauchschnitttrocknungsanlage und der örtlichen, kommunalen Kläranlage betrieben werden. Das Biomasse-Heizkraftwerk wird die Warendorfer Hartsteinwerke mit Prozesswärme und Strom, die Kläranlage mit Strom und die Trocknungsanlage mit Niedertemperaturwärme versorgen. Überschussstrom wird in das öffentlich Stromnetz eingespeist. Zur Vermeidung von Geruchsemissionen wird die Abluft der Trocknungsanlage im Heizkraftwerk als vorgewärmte Verbrennungsluft genutzt. Der in der Trocknungsanlage behandelte Strauchschnitt wird im Heizkraftwerk als Brennstoff eingesetzt, der getrocknete Klärschlamm wird an das örtliche Klärwerk zurückgeführt und extern verbrannt. Durch die energetische Verwertung von jährlich 27.000 t Industrierestholz und 3.000 t Strauchschnitt in der geplanten, dezentralen Anlage zur gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung sollen ca. 88 Mio. kWh/a fossile Energieträger substituiert und pro Jahr ca. 40.000 t CO2-, 10 t Staub-, 213 t SO2-, 85 t NOx- und 33 t CO-Emissionen vermieden werden. Das Vorhaben wird einen wichtigen Beitrag zur Gestaltung einer nachhaltigen Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien leisten. Zudem trägt das Projekt zur Verminderung von Treibhausgasemissionen bei. Dabei ist insbesondere auf den vorgesehenen Energieverbund im Sinne einer kooperativen Kraft-Wärme-Wirtschaft hinzuweisen. Das Vorhaben wird durch ein umfangreiches Messprogramm begleitet und somit Erkenntnisse liefern, wie Altholz in feuerungs- und emissionsseitig optimierten, dezentralen Holzheizkraftwerken zur Strom- und Wärmeerzeugung im Verbund mit anderen Anlage genutzt werden kann und mit welcher Wirtschaftlichkeit dies machbar ist.

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