Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik durchgeführt. In den kommenden Jahren wird sich die Nutzung von effizienten, dezentralen mikroKWK-Systemen zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäudesektor deutlich erhöhen. Wichtig ist, dass die bereits jetzt am Markt erhältlichen Brennstoffzellensysteme, die auf den Betrieb mit Erdgas ausgelegt wurden, auch in Zukunft, das heißt bei der angestrebten Erhöhung des H2-Anteils im Gasverteilnetz oder bei Umstellung auf 100 % H2 genutzt werden können. Damit wird für mögliche Kunden und Investoren die Planungssicherheit für den Betrieb solcher Systeme verbessert. Gleichzeitig sind Wasserstoff und andere regenerative Gase hochwertige Energieträger und müssen besonders effizient genutzt werden. Daher soll der Wasserstoffeinsatz im Zusammenspiel mit der heterogenen Gebäudestruktur und dem energetischen Gebäudezustand für eine optimale Sanierungsstrategie unter Betrachtung der Anlagendimensionierung und Wasserstoffanteile analysiert werden. Auf der verfahrenstechnischen Seite ergibt sich daraus für die Brenngaserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, der die Systeme durch Anpassung der eingesetzten Komponenten und einen neu zu entwickelnden Regelungsansatz gerecht werden müssen. Dazu sollen in diesem Projekt die Grundlagen geklärt und innovative Herangehensweisen entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten im Hinblick auf die Ertüchtigung der Brennstoffflexibilität bei der Reformierung in Kombination mit einer sehr fortschrittlichen Steuerungs- und Regelungstechnik adressieren TRL 3-5. Wichtige Bausteine des Projekts bestehen aus der Analyse relevanter Anwendungsfälle und Versorgungszentren, Entwicklung von Brenngaserzeugungskomponenten bei variabler Gaskomposition sowie von Betriebs- und Regelungskonzepten, Bestimmung der Gaszusammensetzung und den Systemtests im Verbund.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme durchgeführt. In den kommenden Jahren wird sich die Nutzung von effizienten, dezentralen mikroKWK-Systemen zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäudesektor deutlich erhöhen. Wichtig ist, dass die bereits jetzt am Markt erhältlichen Brennstoffzellensysteme, die auf den Betrieb mit Erdgas ausgelegt wurden, auch in Zukunft, das heißt bei der angestrebten Erhöhung des H2-Anteils im Gasverteilnetz oder bei Umstellung auf 100 % H2 genutzt werden können. Damit wird für mögliche Kunden und Investoren die Planungssicherheit für den Betrieb solcher Systeme verbessert. Gleichzeitig sind Wasserstoff und andere regenerative Gase hochwertige Energieträger und müssen besonders effizient genutzt werden. Daher soll der Wasserstoffeinsatz im Zusammenspiel mit der heterogenen Gebäudestruktur und dem energetischen Gebäudezustand für eine optimale Sanierungsstrategie unter Betrachtung der Anlagendimensionierung und Wasserstoffanteile analysiert werden. Auf der verfahrenstechnischen Seite ergibt sich daraus für die Brenngaserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, der die Systeme durch Anpassung der eingesetzten Komponenten und einen neu zu entwickelnden Regelungsansatz gerecht werden müssen. Dazu sollen in diesem Projekt die Grundlagen geklärt und innovative Herangehensweisen entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten im Hinblick auf die Ertüchtigung der Brennstoffflexibilität bei der Reformierung in Kombination mit einer sehr fortschrittlichen Steuerungs- und Regelungstechnik adressieren TRL 3-5. Wichtige Bausteine des Projekts bestehen aus der Analyse relevanter Anwendungsfälle und Versorgungszentren, Entwicklung von Brenngaserzeugungskomponenten bei variabler Gaskomposition sowie von Betriebs- und Regelungskonzepten, Bestimmung der Gaszusammensetzung und den Systemtests im Verbund.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Analyse aus betriebs- und volkswirtschaftlicher Sicht" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion durchgeführt. REPOST entwickelt neue Optionen für eine ressourceneffiziente, qualitativ hochwertige und wirtschaftliche Wiederverwertung von Porenbetonresten aus dem Abbruch von Gebäuden in der Produktion von Bauprodukten. Im Teilprojekt 1 werden Methoden zum Rückbau und zur Aufbereitung von Porenbeton nach der Nutzung zu sortenreinen hochwertigen Porenbetonresten als sekundäre Rohstoffe untersucht. Im Teilprojekt 2 werden mit dem am KIT entwickelten Resynergieverfahren sekundäre, Porenbeton enthaltende Rohstoffe aus Teilprojekt 1 zu Dicalciumsilikat (C2S) umgesetzt. Dicalciumsilikat (C2S) dient als Vorprodukt für die Herstellung von Porenbeton in Teilprojekt 3 oder kann anderweitig in der Baustoffproduktion genutzt werden. Die Vorteile des Verfahrens sind ein niedriger Energieverbrauch ein sehr homogenes Produkt. Carbon Capture ist als Option zu geringen Kosten möglich. Das Teilprojekt 3 untersucht, ob sich die Produkte aus den Teilprojekten 1 und 2 zur Herstellung von Porenbetonstein, Kalksandstein bzw. Leichtbetonmauerstein eignen. Gegebenenfalls werden Produktionsversuche im technischen Maßstab durchgeführt. In Teilprojekt 4 werden die neuen Verwertungsoptionen in einer vergleichenden Systemanalyse modelliert und unter Berücksichtigung der einzuhaltenden informatorischen, ökonomischen und regulatorischen Rahmenbedingungen techno-ökonomische sowie ökologisch über den gesamten Lebenszyklus bewertet. Teilprojekt 4: 'Systemanalyse' durch KIT, IIP (insbesondere Bearbeitung des AP6, sowie teilweise Beiträge in anderen APs).
Das Projekt "Teilvorhaben: BIM Prozesse und FMI" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, Institutsteil Entwicklung Adaptiver Systeme EAS durchgeführt. Mit der Optimierung der Planungs- und Betriebsprozesse von Gebäuden zur Ressourceneinsparung bekommt deren Digitalisierung eine enorme Bedeutung. Dafür notwendige Analysemodelle sind an das betrachtete Objekt individuell angepasst, daher sehr aufwendig zu erstellen und bezüglich ihrer Nachnutzbarkeit stark eingeschränkt. FMI4BIM wird den Einsatz vorhandener Modelle und Verfahren untersuchen und vereinheitlichen, um den Grad der Wiederverwendung deutlich zu erhöhen. Als Lösungsansatz verfolgt das Vorhaben die Erforschung und Entwicklung einer semantisch-physikalischen und einer software-technologischen Schnittstelle für Analysemodelle, so dass Modelle unterschiedlicher Zulieferer miteinander interagieren können. In enger Kooperation mit dem IBK wird EAS dabei Forschungsleistung für die Entwicklung der semantischen Modellschnittstelle erbringen und an der Entwicklung des Standardvorschlags mitarbeiten. Bezüglich der softwaretechnologischen Schnittstelle ist EAS zuständig für den FMI-Master. Darüber hinaus erarbeitet EAS die BIM-basierte Modellaggregation.
Das Projekt "Durchführung, Auswertung und Post-Test-Analysen von Langzeittests an Zellen und Short Stacks der Hochtemperaturelektrolyse (HTEL) im Rahmen des Degrad-EL3-Vorhabens." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ElfER Europäisches Institut für Energieforschung EDF-KIT EWIV durchgeführt. Die Themen des Vorhabens Degrad-EL3 zu den drei Elektrolysetechnologien AEL, PEMEL und HTEL im Innovationspool von 'H2Giga' umfassen 1. die Degradations-Analyse, 2. die Erarbeitung standardisierter Protokolle für Betrieb, Test und beschleunigte Alterung, 3. Dauertests und Materialuntersuchungen sowie Post-Test Diagnostik, 4. die Analyse von AEL-Elektroden durch Kombination von In-Operando und Ex-situ-Charakterisierungen, 5. parallelisierte Alterungsversuche an PEMEL Stapeln/Zellen und Lebensdauervorhersage mittels künstlicher neuronaler Netze, sowie 6. die Evaluierung des Einsatzes von Quanten-Computern zur AEL-Degradationsanalyse. Eifer führt im Rahmen vom Degrad-EL3 Thema 'Lebensdauer + Zelltests' Langzeit-Dauertests an HTEL Zellen und Zellenstapeln durch, sowohl mit in-situ Diagnostik, als auch mit extensiver Post -Test Diagnostik. Letztere erfolgt mit klassischen Methoden und mit fortgeschrittenen Synchrotron- Methoden. Eifer ist damit in den obigen Themenpunkten 1, 2 und 3 involviert. Die Degradationsprozesse werden zusammen mit denen der Niedertemperatur-Elektrolyseure klassifiziert, auch mit dem Ziel, zuverlässige Lebensdauervorhersagen zu gewinnen. Zellen und Zellenstapel (Short Stacks) werden von Kerafol bzw. Sunfire bereitgestellt (womit sich auch eine enge Verzahnung mit dem Vorhaben TP4a: HTEL - HTEL - Ready for Gigawatt ergibt). Die Tests erfolgen mit Elektrolytgestützten Zellen (ESC), mit Standardzellen und auch mit spezifisch für die Elektrolyse weiterentwickelten Zellen. Letztere sollen, unter Beibehaltung des thermodynamisch bedingt hohen Wirkungsgrades der HTEL, höhere Stromdichten bei ausreichender Stabilität ebenso ermöglichen wie eine Betriebsstrategie zur Kompensation der Degradation durch Temperaturanpassung. Letzteres impliziert, dass die Berücksichtigung der Degradationsphänomene im Betrieb sich deutlich von den entsprechenden Vorgehensweisen bei den Niedertemperaturelektrolysen unterscheiden können.
Das Projekt "Entwicklung und Einsatz von Brennstoffzellenlastenfahrrädern für den Bereich der Stadtreinigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Abfallwirtschaft und Stadtreinigung Freiburg GmbH durchgeführt. Entwicklung und Feldtest von Brennstoffzellen-Lastenfahrrädern mit PEMFC: Die Brennstoffzellen-Lastenfahrräder sollen entsprechend den Anforderungen in der Stadtreinigung entwickelt bzw. modifiziert werden. Im Feldversuch soll insbesondre getestet werden inwieweit diese Fahrzeuge zuverlässig und praktikabel (z. Bsp. Reichweite, Funktionalität) eingesetzte werden können und ob unterschiedliche Wetterbedingung die Funktionalität beeinflussen. Zusätzlich soll die Akzeptanz der Mitarbeiter und die Handhabung durch die Mitarbeiter geprüft werden. Auf betriebswirtschaftlicher Ebene werden die eingesparten Treibstoffverbräuche sonstigen Zusatzkosten gegenüber gestellt. Spezifikation und Test von Brennstoffzellen-Lastenfahrrädern. Monitoring und Analyse des Betriebs der Fahrzeuge: Als erstes werden Fahrzeuge in Zusammenarbeit mit der Herstellerfirma, der eignen Werkstattabteilung und den einsetzenden Bereichen individuell konzeptioniert. Für die Integration in den Betrieb werden Arbeitskapazität, Aktionsradius und Rahmenbedingungen erarbeitet um die Fahrräder in die bestehenden Reinigungspläne und Routinen zu integrieren. Auch während des Einsatzes werden sowohl Fahrzeuge als auch Einsatzplanungen entsprechend der gewonnen Erfahrungen modifiziert. Während der ganzen Betriebsphase werden Leistung, Kosten, Vor-, und Nachteile dokumentiert und mit den gebräuchlichen Arbeitsroutinen und Fahrzeugen verglichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Platform deployment for real estate" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, E.ON Energy Research Center, Lehrstuhl für Gebäude- und Raumklimatechnik durchgeführt. Das Projekt BOOSTER wird als N5GEH Satellitenprojekt die National 5G Energy Hub Plattform zu einer IoT-Liegenschaftsplattform weiterentwickeln und ergänzen und am Beispiel des Quartiers Neckarspinnerei demonstrieren. Das Demonstrationsobjekt Neckarspinnerei spiegelt sowohl den Bereich des Gebäudebestands als auch des Neubaus sowie unterschiedlicher Gebäudetypen wieder. Basierend auf diesem Quartierentwicklungsprojekt verfolgt BOOSTER einen ganzheitlichen Ansatz hinsichtlich Übertragungstechnik, Aktorik/Sensorik, Dateninfrastruktur und Automatisierungstechnik, der eine schlüssige Dateninfrastruktur für ein derart heterogenes Energiesystem herstellbar macht und in der Zusammenführung in der offenen N5GEH IoT-Plattform mündet. Auf dieser Plattform werden IoT Dienste entwickelt, die eine systemische und ökonomische wie ökologische sinnvolle Steuerung der zunehmend regenerativ gestalteten Energieversorgung zulassen. Hierzu zählen objektangepasste Dienste, wie z.B. ein Energiemanagement oder ein ESG-Reporting. Über die direkte Integration der Plattformentwicklung in die Baumaßnahme wird die N5GEH IoT-Plattform hin zu einem System für den Produktivbetrieb gebracht. Hierüber werden Kommunikations-, Funktionstests und Datenverifizierung sichergestellt und der gesamte Weg vom Aufsetzen der Datenakquise über den -transfer bis zur -speicherung umgesetzt. Über diese Infrastruktur werden die IoT-Dienste auf das Quartier angewendet und über die Dauer des Testbetriebs erprobt und evaluiert, so dass das Gesamt-Framework nach Abschluss von BOOSTER den erforderlichen Reifegrad zur Übernahme in den Produktivbetrieb besitzt. Die RWTH hat den Schwerpunkt im Aufbau der Plattform, sowie die Implementierung der IoT Services und die Analyse des Betriebs mit einer wissenschaftlichen Auswertung.
Das Projekt "Systemintegration - Teilvorhaben Siemens: Techno-ökonomische Voranalyse & LCA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Siemens wird mit Partnern eine techno-ökonomische Bewertung eines Verbunds aus Stahlwerk, Chemieanlage, Elektrolyse, Energiesystemen und Stoff- und Energiespeichern erstellen. Dies beinhaltet die Konzepterarbeitung in Form von Blockfließbildern, die Ermittlung von Mengengerüsten in statischen Modellen und grobe Wirtschaftlichkeitsbewertungen. Die Abschätzungen sollen erste Hinweise liefern für die erfolgversprechendsten Konfigurationen, die in einer späteren Projektphase von den Partnern, die detaillierte dynamische Modelle entwickeln, ausführlich untersucht werden. Ein zweites Arbeitsgebiet ist die Mitarbeit bei der Life Cycle Analyse, um die Konzepte auf ihre Umweltbilanz zu untersuchen und für eine Zertifizierung vorzubereiten. Siemens wird in AP 4.0 (Monate 1-18) daran mitwirken, im Rahmen einer techno-ökonomischen Vorbewertung die erfolgversprechendsten Kombinationen aus Elektrolyse, Hüttenwerk und chemischer Synthese auf Basis vereinfachter Rechnungen zu identifizieren. In AP 4.1 wird zur Erstellung eines Grundmodells für den Anlagenverbund beigetragen (M 1-24). In AP 4.2 wird sich Siemens daran beteiligen, die Ergebnisse aus der techno-ökonomischen Vorbewertung der detaillierten Modellierung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere unterstützt Siemens die Modelle für eine wirtschaftliche Bewertung der Systeme und die Vorbereitung der Optimierungsstrategien (M 1-48). In AP 4.3 wird zur Entwicklung von Topologien in einem cross-industriellen Anlagenverbund und zur Analyse des Netzwerks für Stoff- und Energieströme beigetragen (M 7-48). In AP 2.1 beteiligt sich Siemens an der Erstellung eines Lastenheftes zur Integration des Elektrolyseurs in den Anlagenverbund. In AP 3.1 wird an der Analyse des Strommarktes mitgewirkt und die Möglichkeit von Netzdienstleistungen unter Zuhilfenahme von Puffersystemen untersucht (M 7-33). In AP 5.1 beteiligt sich Siemens an der Abstimmung der nötigen Methoden für die LCA und unterstützt die LCA-Durchführung (M 12-48).
Das Projekt "Teilprojekt der RWTH Aachen: Alterungserscheinungen und Integration in Upstream- und Downstreamprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Aachen University, Aachener Verfahrenstechnik - Systemverfahrenstechnik durchgeführt. Als Scale-up Projekt innerhalb des Leitprojektes H2Giga befasst sich DERIEL mit der Risikominimierung (De-Risking) eines neu zu entwickelnden druckbehafteten Serien-PEM-Elektrolyseurs. Das Hauptziel von DERIEL ist der Aufbau und der Betrieb zweier Erlkönig Einzelmodulteststände auf Zielgröße für die Klärung von Degradationserscheinungen. In DERIEL werden neue druckbehaftete Module auf Basis Silyzer® 300 Technologie entwickelt. Für eine ausreichende Bereitstellung von authentischen Proben für die Klärung der Degradationsursachen werden zusätzlich zu den Einzelmodultestständen auf Zielgröße weitere Prüfstände auf der Größe 25 bis 300 cm2 mit Kurzzellstapeln bis zu 6 Zellen im Konsortium in enger Abstimmung der akademischen und industriellen Partner betrieben. Darüber hinaus wird der Aspekt des De-Riskings im Bereich Aktivmaterialkosten und -verfügbarkeit durch die Gewährleistung einer Materialrückführbarkeit, sprich dem Recycling der Elektroden, erarbeitet und in industrielle Prozessketten vorgelagert implementiert. Ein Digital Twin wird zur Analyse der umfangreichen Datenmengen aus dem Betrieb der Erlkönige und Laborteststände entwickelt und eingesetzt. Seitens der RWTH werden für reale und proprietäre Membran-Elektroden-Anordnungen von Siemens Energy Alterungs- und Degradationsphänomene erforscht und Methoden entwickelt, um diese zu charakterisieren. Dies leistet einen zentralen Beitrag zum De-Risking der Technologie im Megawatt-Maßstab und der Serienfertigung. Darüber hinaus wird Formamid als Speicher- und Transportmedium für Wasserstoff sowie potentielle Quelle von CO für folgende Prozessschritte zur Umwandlung in chemische Wertstoffe betrachtet. Schließlich wird als weiterer wesentlicher Bestandteil des De-Riskings das Potential des Elektrolyseurs für die Integration in künftige Wertschöpfungsketten untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Druckbehaftetes Einzelmodul auf Basis Silyzer® 300, Klärung Degradation über Round-Robin Analytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens Energy Global GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Hauptziel von DERIEL ist der Aufbau und der Betrieb zweier Erlkönig Einzelmodulteststände auf Zielgröße für die Klärung von Degradationserscheinungen. In DERIEL werden neue druckbehaftete Module auf Basis Silyzer® 300 Technologie entwickelt. Für eine ausreichende Bereitstellung von authentischen Proben für die Klärung der Degradationsursachen werden zusätzlich zu den Einzelmodultestständen auf Zielgröße weitere Prüfstände auf der Größe 25 bis 300 cm2 mit Kurzzellstapeln bis zu 6 Zellen im Konsortium in enger Abstimmung der akademischen und industriellen Partner betrieben. Darüber hinaus wird der Aspekt des De-riskings im Bereich Aktivmaterialkosten und Verfügbarkeit durch die Gewährleistung einer Materialrückführbarkeit, sprich dem Recycling der Elektroden, erarbeitet und in industrielle Prozessketten vorgelagert implementiert. Ein Digital Twin wird zur Analyse der umfangreichen Datenmengen aus dem Betrieb der Erlkönige und Laborteststände entwickelt und eingesetzt. Siemens Energy ist Konsortialführer und besitzt in DERIEL folgende Rollen. a. SE baut und liefert sensorbestückte druckbehaftete Einzelmodule (Erlkönige). Hauptziel ist die Entwicklung eines Verständnisses und damit einer Voraussage der Degradation von PEM-Elektrolyseuren im Realbetrieb. Betriebsparameter und Alterungsverhalten sind eng gekoppelt. SE koordiniert und betreibt den Aufbau des digitalen Zwillings. b. Die Bereitstellung von CO aus CO2 und H2 ist in einer auf Kohlenstoff beruhenden Umgebung die zentrale Fragestellung. Für DERIEL hat SE die neuartige Formamid-Route vorgeschlagen, die auch zum Transport- und Speicherung von Wasserstoff eingesetzt werden kann. Die experimentelle Validierung wird von den akademischen Partnern RWTH und FAU in engem Austausch mit SE bearbeitet. c. DERIEL bezieht auch Upstream- (H2O, Stromversorgung) als auch Downstreamprozesse (dynamische H2-Nutzung, Wärmeintegration) über die Koordination der assoziierten Partner (DEW21, Evonik, Pro-Aviation) ein.
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