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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.

Optimierung und Ergänzung der Rauchgaswäsche zur Bereitstellung von CO2 für die Power-to-Fuel-Technologie

Das Projekt "Optimierung und Ergänzung der Rauchgaswäsche zur Bereitstellung von CO2 für die Power-to-Fuel-Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik, Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Anlagentechnik LUAT durchgeführt. Im hier beantragten Forschungsprojekt soll die Optimierung und Ergänzung der Bereitstellung des Rohstoffs CO2 aus einer Rauchgaswäsche zur weiteren Verwendung für den Power-to-Fuel-Prozess (P2F) erforscht und untersucht werden. Dieser Einsatz setzt neben einem zuverlässigen und dynamischen Betrieb der CO2-Rauchgaswäsche bestimmte Anforderungen an den Rohstoff CO2 voraus. Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt in der robusten und optimierten Bereitstellung von CO2 einschließlich der Einhaltung erforderlicher CO2-Reinheitsanforderungen und des notwendigen CO2-Gasdrucks für die im P2F-Prozess folgende Methanolsynthese-Einheit. Dazu ist die Integration eines Verdichters, der zusätzlich die Funktion einer Feinreinigung des CO2 erfüllen soll, an die Anlage zur CO2-Abscheidung der Universität Duisburg-Essen am Kraftwerkstandort in Lünen vorgesehen. Neben der Erfüllung der Anforderungen an den Rohstoff CO2 spielen ebenfalls die Optimierung der Anbindung der CO2-Verdichtung an die CO2-Abscheidung und die Interaktion dieser Komponenten mit der nachfolgenden Methanolsynthese-Einheit eine entscheidende Rolle. Hierbei liegt der Fokus besonders auf der Untersuchung der Dynamik der Einzelsysteme infolge von Laständerungen der CO2-Abscheidung und der Auswirkungen auf den Gesamtprozess, um die Anforderungen einer flexiblen Fahrweise innerhalb der P2F-Technologie zu gewährleisten. Die Projektdauer beträgt insgesamt 24 Monate, untergliedert in fünf Abschnitte. In den ersten drei Monaten werden vorbereitende Maßnahmen zur Wiederinbetriebnahme der CO2-Abscheideanlage getroffen. In der darauf folgenden Phase von 6 Monaten beginnen die ersten Versuchsfahrten mit dem Absorptionsmittel MEA entsprechend der beschriebenen Arbeitspakete. In den folgenden Betriebsphasen drei und vier werden zwei weitere Absorptionsmittel entsprechend der Arbeitspakete eingesetzt und untersucht. Die letzte Phase betrifft die Auswertung und die Erstellung der Abschlussdokumentation.

Teilvorhaben Z0

Das Projekt "Teilvorhaben Z0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-9: 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

Teilvorhaben T0

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.

Teilvorhaben J0

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.

Phase 3 - Teilprojekt: Regulatorische Aspekte und Transformation von Geschäftsmodellen im Kontext Power-to-Fuel

Das Projekt "Phase 3 - Teilprojekt: Regulatorische Aspekte und Transformation von Geschäftsmodellen im Kontext Power-to-Fuel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität - Recht, Ökonomie und Politik e.V. durchgeführt. In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarboniserung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden.

Teilvorhaben G1

Das Projekt "Teilvorhaben G1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp Industrial Solutions 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. thyssenkrupp Industrial Solutions bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP 2.1. und AP 2.2. des Forschungsclusters FC-B3. Das Arbeitspaket 2.1. umfasst Tätigkeiten zur Verfahrensentwicklung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. In dem Arbeitspaket 2.2. wird hingegen ein Konzept für eine Pilotanlage entwickelt. Ziel des Projekts FC-B3 ist die Entwicklung eines Gesamtkonzepts zur Herstellung von maßgeschneiderten Oxymethylenethern (OMEx) mit definierter Kettenlänge auf Basis erneuerbarer Energien für deren Nutzung als alternative Dieselkraftstoffe in Verbrennungsmotoren sowie als Bausteine für Polyurethan-Kunststoffe. Der verfolgte Ansatz nutzt als Ausgangsstoffe CO2 und mittels regenerativer elektrischer Energie erzeugtes H2 zur Synthese der nötigen C1-Bausteine oder direkt zu OME-Produkten.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mitsubishi Power Europe GmbH durchgeführt. Im hier beantragten Forschungsprojekt soll die Optimierung und Ergänzung der Bereitstellung des Rohstoffs CO2 aus einer Rauchgaswäsche zur weiteren Verwendung für den Power-to-Fuel-Prozess (P2F) erforscht und untersucht werden. Dieser Einsatz setzt neben einem zuverlässigen und dynamischen Betrieb der CO2-Rauchgaswäsche bestimmte Anforderungen an den Rohstoff CO2 voraus. Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt in der robusten und optimierten Bereitstellung von CO2 einschließlich der Einhaltung erforderlicher CO2-Reinheitsanforderungen und des notwendigen CO2-Gasdrucks für die im P2F-Prozess folgende Methanolsynthese-Einheit. Dazu ist die Integration eines Verdichters, der zusätzlich die Funktion einer Feinreinigung des CO2 erfüllen soll, an die Anlage zur CO2-Abscheidung der Universität Duisburg-Essen am Kraftwerkstandort in Lünen vorgesehen. Neben der Erfüllung der Anforderungen an den Rohstoff CO2 spielen ebenfalls die Optimierung der Anbindung der CO2-Verdichtung an die CO2-Abscheidung und die Interaktion dieser Komponenten mit der nachfolgenden Methanolsynthese-Einheit eine entscheidende Rolle. Hierbei liegt der Fokus besonders auf der Untersuchung der Dynamik der Einzelsysteme infolge von Laständerungen der CO2-Abscheidung und der Auswirkungen auf den Gesamtprozess, um die Anforderungen einer flexiblen Fahrweise innerhalb der P2F-Technologie zu gewährleisten. Ein ausführlicher Arbeitsplan findet sich in Kapitel 8 der Vorhabenbeschreibung. In den ersten zehn Monaten wird das CO2-Verdichterkonzept mit Reinigung entwickelt. Die Inbetriebnahme und der Betrieb des CO2-Verdichters erfolgt in den darauf folgenden 12 Monaten, um die Anlagendynamik und die CO2-Qualität zu untersuchen. Daneben finden theoretische Modellierungen der Verdichtung statt. Das Scale-Up und die Wirtschaftlichkeitsanalyse der CO2-Bereitstellung sowie die Untersuchung der Flexibilisierungspotentiale von fossilen Kraftwerken runden den Arbeitsplan ab.

Teilvorhaben E0

Das Projekt "Teilvorhaben E0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Hauptziele der Bekanntmachung 'Kopernikus-Projekte für die Energiewende' des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. 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 DLR bearbeitet hierbei die AP1 und 3 des Forschungsclusters FC-A3 sowie das AP6 des Forschungsclusters FC-B2. FC-A3: Die 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 definierte Synthesegas-Zusammensetzungen zu erzeugen, die für industrielle Anwendungen relevant sind. 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-B2: In diesem Forschungscluster sollen intensivierte, modulare und skalierbare Prozesstechnologien zur Umwandlung von CO2 und H2 in emissionsarme Synthesekraftstoffe sowie in Spezialchemikalien mit hoher Wertschöpfung entwickelt werden. Ein Fokus ist die Möglichkeit eines autarken und dezentralen Einsatzes der gesamten Prozessketten. Kernanforderungen sind Kompaktheit, hohe energetische Gesamteffizienz sowie Toleranz gegenüber Lastwechseln. DLR-VT bearbeitet das Themenfeld Kraftstoffqualität.

Teilvorhaben F0

Das Projekt "Teilvorhaben F0" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme 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 Fraunhofer ISE bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP2, AP4 und AP6 des Forschungsclusters FC-B1. Der Schwerpunkt liegt aktuell auf Forschungscluster 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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