Das Projekt "ETOS: Aufbau und Etablierung einer Forschungsdateninfrastruktur (Adacta4ETOS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von omegadot software & consulting GmbH durchgeführt. Der Zukunftscluster ETOS steht für die Etablierung eines interdisziplinären Innovationsnetzwerks, das sich mit der Elektrifizierung technisch relevanter Synthesen befasst, die zur Herstellung von Grund- und Feinchemikalien (Power-to-Chemicals) in der chemisch-pharmazeutischen Industrie benötigt werden. Das Ziel ist die Ermöglichung und Beschleunigung der Umstellung klassischer Produktionsverfahren hin zu einer modernen und zukunftsfähigen Industrie in Richtung CO2-Neutralität. Adacta ist eine von omegadot entwickelte Software für das Forschungsdatenmanagement (Research Data Management, RDM). Diese Software soll im Rahmen dieses strategischen Projekts an die Bedürfnisse von ETOS angepasst und erweitert werden und den Akteuren des ETOS-Zukunftscluster zur Nutzung zur Verfügung gestellt werden. Hauptziel ist es, eine speziell für ETOS angepasste Forschungsdateninfrastruktur aufzubauen, um somit einen Beitrag für alle Konsortien im ETOS Projekt zu leisten. Eine moderne und auf ETOS zugeschnittene Forschungsdateninfrastruktur vereinfacht den Transfer von Wissen, wodurch bestehende Arbeitsabläufe erheblich beschleunigt werden und auch gänzlich neuartige Innovationsprozesse entstehen können.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. ETOS strebt die Etablierung eines interdisziplinären Innovationsnetzwerkes für die Elektrifizierung technisch relevanter Synthesen zur Herstellung von organischen Wertstoffen und Chemikalien an (Power-to-Chemicals). Die Elektrosynthese komplexer organischer Chemikalien ist bisher eine Nischentechnologie, wird jedoch durch die voranschreitende Energie- und Rohstoffwende und die durch den Klimawandel notwendige Defossilierung und erweiterte Nutzung elektrischer Energie (Sektorenkopplung zur Elektrifizierung der Chemikalienproduktion) zu einer Schlüsseltechnologie für die Chemieindustrie. Die direkte Nutzung von Strom als Reagenz ist besonders attraktiv, da es keine direkten Reagenzabfälle erzeugt, milde Synthesebedingungen erlaubt und inhärent sicher ist. Entscheidende Schlüsselergebnisse aus der Wissenschaft sind das elektrosynthetische Screening und Kapillarspaltzellen zur energieeffizienten Umsetzung, die zu kürzeren Synthesewegen und dem Ersatz von umweltschädlichen Verfahren, gefährlichen Reagenzien sowie kritikalen, fossilen Ressourcen führen. Für eine großskalige, disruptive Einführung der Elektrosynthese in der chemischen Industrie benötigt das Feld eine Revolutionierung hin zu modernen und kompetitiven Prozessen und Produktionsanlagen, wie Anfang des 20. Jahrhunderts die chemische Industrie. ETOS wird die erste große Technologieplattform sein, die sich mit dem Transfer organischer, elektrochemischer Synthesen vom Labor- in den industriellen Maßstab beschäftigt und Lösungsvorschläge und Schlüsseltechnologien, u.a. neue Systeme für KI-basierte Screening- und Elektrosyntheseverfahren und die technische Konzeption modular anpassbarer Kapillarspaltreaktoren für verschiedene Größenskalen, für nachhaltige, robuste und zukunftsfähige Prozesse und Produkte generieren wird. Zu den akademischen Partnern zählen federführend die JGU Mainz und das Karlsruher Institut für Technologie.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Angewandte Materialien - Elektrochemische Technologien durchgeführt. ETOS strebt die Etablierung eines interdisziplinären Innovationsnetzwerkes für die Elektrifizierung technisch relevanter Synthesen zur Herstellung von organischen Wertstoffen und Chemikalien an (Powerto-Chemicals). Die Elektrosynthese komplexer organischer Chemikalien ist bisher eine Nischentechnologie, wird jedoch durch die voranschreitende Energie- und Rohstoffwende und die durch den Klimawandel notwendige Defossilierung und erweiterte Nutzung elektrischer Energie (Sektorenkopplung zur Elektrifizierung der Chemikalienproduktion) zu einer Schlüsseltechnologie für die Chemieindustrie. Die direkte Nutzung von Strom als Reagenz ist besonders attraktiv, da es keine direkten Reagenzabfälle erzeugt, milde Synthesebedingungen erlaubt und inhärent sicher ist. Entscheidende Schlüsselergebnisse aus der Wissenschaft sind das elektrosynthetische Screening und Kapillarspaltzellen zur energieeffizienten Umsetzung, die zu kürzeren Synthesewegen und dem Ersatz von umweltschädlichen Verfahren, gefährlichen Reagenzien sowie kritikalen, fossilen Ressourcen führen. Für eine großskalige, disruptive Einführung der Elektrosynthese in der chemischen Industrie benötigt das Feld eine Revolutionierung hin zu modernen und kompetitiven Prozessen und Produktionsanlagen, wie Anfang des 20. Jahrhunderts die chemische Industrie. ETOS wird die erste große Technologieplattform sein, die sich mit dem Transfer organischer, elektrochemischer Synthesen vom Labor- in den industriellen Maßstab beschäftigt und Lösungsvorschläge und Schlüsseltechnologien, u.a. neue Systeme für KI-basierte Screening- und Elektrosyntheseverfahren und die technische Konzeption modular anpassbarer Kapillarspaltreaktoren für verschiedene Größenskalen, für nachhaltige, robuste und zukunftsfähige Prozesse und Produkte generieren wird. Zu den akademischen Partnern zählen federführend die JGU Mainz und das Karlsruher Institut für Technologie.
Das Projekt "Elektrifizierung Technischer Organischer Synthesen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Mainz, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. ETOS strebt die Etablierung eines interdisziplinären Innovationsnetzwerkes für die Elektrifizierung technisch relevanter Synthesen zur Herstellung von organischen Wertstoffen und Chemikalien an (Power-to-Chemicals). Die Elektrosynthese komplexer organischer Chemikalien ist bisher eine Nischentechnologie, wird jedoch durch die voranschreitende Energie- und Rohstoffwende und die durch den Klimawandel notwendige Defossilierung und erweiterte Nutzung elektrischer Energie (Sektorenkopplung zur Elektrifizierung der Chemikalienproduktion) zu einer Schlüsseltechnologie für die Chemieindustrie. Die direkte Nutzung von Strom als Reagenz ist besonders attraktiv, da es keine direkten Reagenzabfälle erzeugt, milde Synthesebedingungen erlaubt und inhärent sicher ist. Entscheidende Schlüsselergebnisse aus der Wissenschaft sind das elektrosynthetische Screening und Kapillarspaltzellen zur energieeffizienten Umsetzung, die zu kürzeren Synthesewegen und dem Ersatz von umweltschädlichen Verfahren, gefährlichen Reagenzien sowie kritikalen, fossilen Ressourcen führen. Für eine großskalige, disruptive Einführung der Elektrosynthese in der chemischen Industrie benötigt das Feld eine Revolutionierung hin zu modernen und kompetitiven Prozessen und Produktionsanlagen, wie Anfang des 20. Jahrhunderts die chemische Industrie. ETOS wird die erste große Technologieplattform sein, die sich mit dem Transfer organischer, elektrochemischer Synthesen vom Labor- in den industriellen Maßstab beschäftigt und Lösungsvorschläge und Schlüsseltechnologien, u.a. neue Systeme für KI-basierte Screening- und Elektrosyntheseverfahren und die technische Konzeption modular anpassbarer Kapillarspaltreaktoren für verschiedene Größenskalen, für nachhaltige, robuste und zukunftsfähige Prozesse und Produkte generieren wird. Zu den akademischen Partnern zählen federführend die JGU Mainz und das Karlsruher Institut für Technologie.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Effiziente Numerik für relaxierte Teilprobleme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Mathematik, Professur Wissenschaftliches Rechnen durchgeführt. Wir betrachten Power-to-Chemicals (P2Chem) Prozesse, die Strom zur Herstellung von hochwertigen Chemikalien nutzen. Hierbei können grundsätzlich verschiedenste Komponenten wie katalytische Reaktoren oder Elektrolysezellen eingesetzt und miteinander kombiniert werden. Als Zielprodukt betrachten wir in diesem Projekt Synthesegas, aus dem man viele wichtige Basischemikalien erzeugen kann. In P2Chem befassen wir uns mit der mathematischen Analyse dieser Prozesse und den treibenden Fragestellungen unserer Industriepartner, der Avacon AG und der BASF SE. So gibt es eine große Anzahl denkbarer Verschaltungen zwischen Reaktions- und Separationsschritten zur Konversion stofflicher Gemische, die im Prozess auftreten. Wir möchten erstmals systematisch und mit Hilfe moderner Mathematik untersuchen, welche Varianten sinnvolle Beiträge zur Nutzung erneuerbarer Energie zur Chemieproduktion leisten können. Neben der Wirtschaftlichkeit und Ankopplungsmöglichkeiten an Gas- und Stromnetzwerke sind die Sicherheit und die Flexibilität der Prozessführung sehr wichtig. Es geht hier um das schnelle Reagieren auf zeitlich variierende Randbedingungen wie Preise oder Qualität biogener Rohstoffe. Dabei müssen rechtliche, ökonomische, ökologische und sicherheitstechnische Aspekte berücksichtigt werden. Im Rahmen von P2Chem wird erstmals eine enge Verzahnung zwischen Modellreduktion, PDE Optimierung und MINLP Verfahren angestrebt. So sollen Algorithmen entwickelt werden, um adaptiv reduzierte Modelle zum strong branching, zum diving und zur heuristischen Berechnung von oberen Schranken zu verwenden. Die Problematik der Adaption reduzierter Modelle an die Veränderung der Parameter innerhalb eines Optimierungsprozesses soll vor dem Hintergrund ähnlicher optimaler Lösungen in Teilbäumen betrachtet werden. Die automatisierte, stabile, robuste, parallelisierte und effiziente Optimierung einzelner Komponenten und relaxierter Superstruktur-Probleme ist ein weiterer elementarer Bestandteil.
Das Projekt "Teilprojekt 1, 2 und 3: Mathematische Modellierung von P2Chem, ein MINPL Algorithmus für P2Chem und Modellreduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Mathematische Optimierung, Arbeitsgruppe Algorithmische Optimierung durchgeführt. Wir betrachten Power-to-Chemicals (P2Chem) Prozesse, die Strom zur Herstellung von hochwertigen Chemikalien nutzen. Hierbei können grundsätzlich verschiedenste Komponenten wie katalytische Reaktoren oder Elektrolysezellen eingesetzt und miteinander kombiniert werden. Als Zielprodukt betrachten wir in diesem Projekt Synthesegas, aus dem man viele wichtige Basischemikalien erzeugen kann. In P2Chem befassen wir uns mit der mathematischen Analyse dieser Prozesse und den treibenden Fragestellungen unserer Industriepartner, der Avacon AG und der BASF SE. So gibt es eine große Anzahl denkbarer Verschaltungen zwischen Reaktions- und Separationsschritten zur Konversion stofflicher Gemische, die im Prozess auftreten. Wir möchten erstmals systematisch und mit Hilfe moderner Mathematik untersuchen, welche Varianten sinnvolle Beiträge zur Nutzung erneuerbarer Energie zur Chemieproduktion leisten können. Neben der Wirtschaftlichkeit und Ankopplungsmöglichkeiten an Gas- und Stromnetzwerke sind die Sicherheit und die Flexibilität der Prozessführung sehr wichtig. Es geht hier um das schnelle Reagieren auf zeitlich variierende Randbedingungen wie Preise oder Qualität biogener Rohstoffe. Dabei müssen rechtliche, ökonomische, ökologische und sicherheitstechnische Aspekte berücksichtigt werden. Im Rahmen von P2Chem wird erstmals eine enge Verzahnung zwischen Modellreduktion, PDE Optimierung und MINLP Verfahren angestrebt. So sollen Algorithmen entwickelt werden, um adaptiv reduzierte Modelle zum strong branching, zum diving und zur heuristischen Berechnung von oberen Schranken zu verwenden. Die Problematik der Adaption reduzierter Modelle an die Veränderung der Parameter innerhalb eines Optimierungsprozesses soll vor dem Hintergrund ähnlicher optimaler Lösungen in Teilbäumen betrachtet werden. Die automatisierte, stabile, robuste, parallelisierte und effiziente Optimierung einzelner Komponenten und relaxierter Superstruktur-Probleme ist ein weiterer elementarer Bestandteil.
Das Projekt "Teilvorhaben T0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH 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. Das WIKUE bearbeitet hierbei das Arbeitspaket AP4 des Forschungsclusters FC-A3. Das WIKUE betätigt sich ferner in der Roadmap durch Teilnahme an den Projekttreffen. Der Schwerpunkt liegt auf dem Forschungscluster FC-A3. Diesbezüglich wird zum einen untersucht, wie die neue Technologie von Multiplikatoren in Wirtschaft und Gesellschaft (Akzeptanz) wahrgenommen werden wird. Zum anderen werden die Flexibilitätseigenschaften und -optionen der Anwendung sowie die Flexibilitätsanforderungen aus Systemsicht (CO2-Quellen und Stromsektor) dargestellt und bewertet. Darauf aufbauend wird eine Abschätzung des künftig möglichen Flexibilitätsbeitrages der Anwendung vorgenommen. Dazu werden mittels Metaanalyse auch wichtige Trends und Optionen für zukünftig denkbare Einsatzgebiete der Co-Elektrolyse herangezogen. Die Ergebnisse werden dem übergeordneten AP Roadmap zur Verfügung gestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben D0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ifeu - Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg gGmbH 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. Das ifeu bearbeitet hierbei das Arbeitspaket AP 5 des Forschungsclusters FC-A2 und es betätigt sich in der Roadmap durch ökologische Bewertung und Diskussion. Forschungscluster FC-A2: CO2 direkt, einstufig, elektrochemisch wieder in Rohstoffe mit hoher Wertschöpfung oder auch Energieträger umwandeln zu können, stellt die Umkehrung von Verbrennungs- bzw. anderen Nutzungsprozessen dar. Das Ziel des Forschungsclusters ist die Evaluierung der Elektrolyse von CO2 zu CO bezüglich Selektivität, Energieeffizienz und erreichbaren Stromdichten in einer industriellen Wertschöpfungskette. Roadmap: Die Roadmap ist essenzieller Bestandteil des Entscheidungsprozesses in P2X. Sie wird im engen Austausch mit der Analyse der ökonomischen, ökologischen und sozialen Rahmenbedingungen der einzelnen Technologieentwicklungen innerhalb der Forschungscluster entwickelt. Eine intensive Vernetzung zu den Kopernikus-Projekten der anderen Themenbereiche ist essenzieller Bestandteil der Aktivitäten.
Das Projekt "Teilvorhaben J0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG 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. Siemens AG bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 des Forschungsclusters FC-A2. Der Schwerpunkt liegt aktuell auf Forschungscluster FC-A2. CO2 direkt, einstufig, elektrochemisch wieder in Rohstoffe mit hoher Wertschöpfung oder auch Energieträger umwandeln zu können, stellt die Umkehrung von Verbrennungs- bzw. anderen Nutzungsprozessen dar. Das Ziel des Forschungsclusters ist die Evaluierung der Elektrolyse von CO2 zu CO bezüglich Selektivität, Energieeffizienz und erreichbaren Strom-dichten in einer industriellen Wertschöpfungskette.
Das Projekt "Teilvorhaben Z0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Technologies (IET), Grundlagen der Elektrochemie durchgeführt. 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. Das FZ Jülich arbeitet an den Arbeitspaketen AP1.1 bis 1.4, 2, 3.1, 3.2, 4.1 und 4.2 des Forschungsclusters A3 (Schwerpunkt), sowie dem AP2 des FC-A1, den AP1 und 2 des FC A2, AP2.1 und 6.1 des FC-B1. FC-A3: Hochtemperatur Co-Elektrolyse von Kohlendioxid und Wasserdampf bietet eine alternative Technologie zur direkten Umwandlung von elektrischem Strom zu Synthesegas. Ein attraktiver Vorteil der Technologie ist die Möglichkeit durch Variation von Betriebsparametern (Temperatur, Strom, Eduktgas) definierte Synthesegas-Zusammensetzungen zu erzeugen, die für industrielle Anwendungen relevant sind (1 kleiner als H2:CO kleiner als 3). Die technologischen Herausforderungen liegen in der weiteren Erhöhung der Stromdichten, dem Verständnis des funktionalen Zusammenhangs der Betriebsparameter und der Synthesegasstöchiometrie, dem Stackdesign beim Betrieb unter Druck, der Fertigung, sowie der Erhöhung der Lebensdauer. FC-A1: Neue Materialien und Elektroden für die Wasserelektrolyse zur Erzeugung von Hochdruck-H2 FC-A2: Einstufige Reduktion von CO2 zu CO bzw. Synthesegas in wässrigen Elektrolyten FC-B1: Dezentrale H2-Logistik: Speicherung und Verteilung über flüssige Wasserstoffträger
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