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 "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 "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.
Das Projekt "Teilprojekt: Erarbeitung neuer Auslegungskriterien für Wärmenetze mit Schwerpunkt auf dem mechanischen Lastverhalten von Systemkomponenten bei volatilen Betriebspunkten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEF Ingenieur AG durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Erarbeitung und Ableitung technischer Lösungen für die notwendige Wandelung der leitungsgebundenen Wärmeversorgung unter Berücksichtigung volatiler Drücke und Temperaturen bei der Einspeisung regenerativer Energiequellen. Die zu erarbeitenden Lösungen umfassen dabei insbesondere die Erarbeitung neuer Auslegungskriterien für die Systemkomponenten sowie die Entwicklung neuartiger Verfahren für die Betriebsführung und Regelung von Wärmenetzen. Das primäre Ziel im Teilvorhaben der GEF liegt darin, das grundlegende Systemverständnis für die sehr dynamischen Fernwärmesysteme der Zukunft mit fluktuierenden und in zunehmendem Maße regenerativen Wärmequellen zu vertiefen bzw. zu erweitern. Im Wesentlichen werden dazu folgende Aspekte fokussiert: - Analyse des thermo-hydraulischen Betriebsverhaltens von Wärmenetzen bei Einspeisung durch volatile Energiequellen und Vergleich mit heutigen Systemen - Analyse der Anforderungen an die heutigen und zukünftigen Systemelemente einer Fernwärmeversorgung - Ableitung von neuen Betriebs- und Regelungsstrategien - Analyse von Schwachstellen und Risiken im Betrieb von Bestandssystemen - Ableitung von Auslegungskriterien für zukünftige Systemkomponenten.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Technologies (IET), 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 "Teilvorhaben 3: Logistik und Praxisanforderungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Reinhold Wessendorf, Agrar-Service und -Handel GmbH & Co. Kommanditgesellschaft durchgeführt. Zurzeit werden lediglich ca. 33 % der jährlich anfallenden Wirtschaftsdüngermengen zur Biogaserzeugung genutzt. Darüber hinaus wird die massenbezogene Verteilung von Gülle in Biogasanlagen maßgeblich von Rindergülle sowie Rinderfestmist dominiert. Schweinegülle hingegen macht lediglich 2,2 % dieser Verteilung aus. Ein Hemmnis ist der geringe frischmassespezifische Energiegehalt bzw. hohe Wassergehalt des Substrats. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, die Voraussetzungen für den Einsatz von Schweinegülle zur energetischen und emissionsmindernden Nutzung aus ökonomischer und technischer Sicht zu analysieren und anhand der gewonnenen Informationen praktisch anwendbare Maßnahmen und Konzepte zu erarbeiten, die zur Erschließung des Biogaspotentials von Schweinegülle führen. Es erfolgt eine Analyse des Gesamtsystems, bestehend aus Biogasanlagen, die sich bereits in Betrieb befinden, aber auch der viehhaltenden landwirtschaftlichen Betriebe in der gewählten Projektregion (Münsterland). Dabei werden u.a. anderem das Substrathandling in den unterschiedlichen Betriebsformen betrachtet, die anfallenden Wirtschaftsdüngermengen quantifiziert, charakterisiert und aufgrund ihres hohen Einflusses auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ebenso die Transportbeziehungen zwischen Substrat-Senken und Quellen dargestellt. Ein Weiterer wesentlicher Bestandteil sind Versuchsreihen zu unterschiedlichen Vorbehandlungsmethoden bei unterschiedlichen Substratqualitäten. Um die multikausalen Zusammenhänge zwischen Gülle-Qualität, Vorbehandlung und Vergärungskonzept differenziert darstellen zu können, werden im zweiten Projektabschnitt innovative Vergärungskonzepte für die unterschiedlichen Grundvoraussetzungen entwickelt. Allumfassender Rahmen für diese Anlagenkonzepte sind deren Wirtschaftlichkeit, die rechtlichen Rahmenbedingungen und die Anwendbarkeit in der Praxis. Die Konzepte werden in einem Umsetzungsleitfaden 'Vergärung von Schweinegülle in der Praxis' veröffentlicht.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Prozessoptimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Münster, Fachbereich Energie, Gebäude, Umwelt durchgeführt. Zurzeit werden lediglich ca. 33 % der jährlich anfallenden Wirtschaftsdüngermengen zur Biogaserzeugung genutzt. Darüber hinaus wird die massenbezogene Verteilung von Gülle in Biogasanlagen maßgeblich von Rindergülle sowie Rinderfestmist dominiert. Schweinegülle hingegen macht lediglich 2,2 % dieser Verteilung aus. Ein Hemmnis ist der geringe frischmassespezifische Energiegehalt bzw. hohe Wassergehalt des Substrats. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, die Voraussetzungen für den Einsatz von Schweinegülle zur energetischen und emissionsmindernden Nutzung aus ökonomischer und technischer Sicht zu analysieren und anhand der gewonnenen Informationen praktisch anwendbare Maßnahmen und Konzepte zu erarbeiten, die zur Erschließung des Biogaspotentials von Schweinegülle führen. Es erfolgt eine Analyse des Gesamtsystems, bestehend aus Biogasanlagen, die sich bereits in Betrieb befinden, aber auch der viehhaltenden landwirtschaftlichen Betriebe in der gewählten Projektregion (Münsterland). Dabei werden u.a. anderem das Substrathandling in den unterschiedlichen Betriebsformen betrachtet, die anfallenden Wirtschaftsdüngermengen quantifiziert, charakterisiert und aufgrund ihres hohen Einflusses auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ebenso die Transportbeziehungen zwischen Substrat-Senken und Quellen dargestellt. Ein Weiterer wesentlicher Bestandteil sind Versuchsreihen zu unterschiedlichen Vorbehandlungsmethoden bei unterschiedlichen Substratqualitäten. Um die multikausalen Zusammenhänge zwischen Gülle-Qualität, Vorbehandlung und Vergärungskonzept differenziert darstellen zu können, werden im zweiten Projektabschnitt innovative Vergärungskonzepte für die unterschiedlichen Grundvoraussetzungen entwickelt. Allumfassender Rahmen für diese Anlagenkonzepte sind deren Wirtschaftlichkeit, die rechtlichen Rahmenbedingungen und die Anwendbarkeit in der Praxis. Die Konzepte werden in einem Umsetzungsleitfaden 'Vergärung von Schweinegülle in der Praxis' veröffentlicht.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Substratvorbehandlung und Konzeptvalidierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GEA Westfalia Separator Group GmbH durchgeführt. Zurzeit werden lediglich ca. 33 % der jährlich anfallenden Wirtschaftsdüngermengen zur Biogaserzeugung genutzt. Darüber hinaus wird die massenbezogene Verteilung von Gülle in Biogasanlagen maßgeblich von Rindergülle sowie Rinderfestmist dominiert. Schweinegülle hingegen macht lediglich 2,2 % dieser Verteilung aus. Ein Hemmnis ist der geringe frischmassespezifische Energiegehalt bzw. hohe Wassergehalt des Substrats. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, die Voraussetzungen für den Einsatz von Schweinegülle zur energetischen und emissionsmindernden Nutzung aus ökonomischer und technischer Sicht zu analysieren und anhand der gewonnenen Informationen praktisch anwendbare Maßnahmen und Konzepte zu erarbeiten, die zur Erschließung des Biogaspotentials von Schweinegülle führen. Es erfolgt eine Analyse des Gesamtsystems, bestehend aus Biogasanlagen, die sich bereits in Betrieb befinden, aber auch der viehhaltenden landwirtschaftlichen Betriebe in der gewählten Projektregion (Münsterland). Dabei werden u.a. anderem das Substrathandling in den unterschiedlichen Betriebsformen betrachtet, die anfallenden Wirtschaftsdüngermengen quantifiziert, charakterisiert und aufgrund ihres hohen Einflusses auf die Gesamtwirtschaftlichkeit ebenso die Transportbeziehungen zwischen Substrat-Senken und Quellen dargestellt. Ein Weiterer wesentlicher Bestandteil sind Versuchsreihen zu unterschiedlichen Vorbehandlungsmethoden bei unterschiedlichen Substratqualitäten. Um die multikausalen Zusammenhänge zwischen Gülle-Qualität, Vorbehandlung und Vergärungskonzept differenziert darstellen zu können, werden im zweiten Projektabschnitt innovative Vergärungskonzepte für die unterschiedlichen Grundvoraussetzungen entwickelt. Allumfassender Rahmen für diese Anlagenkonzepte sind deren Wirtschaftlichkeit, die rechtlichen Rahmenbedingungen und die Anwendbarkeit in der Praxis. Die Konzepte werden in einem Umsetzungsleitfaden 'Vergärung von Schweinegülle in der Praxis' veröffentlicht.
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