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Hochtemperatur-Wärmepumpen-Energiespeicher als dekarbonisierter Flexibilitäts-Ersatz fossiler Kraftwerke, Teilvorhaben: Untersuchung der Wärmeauskopplung von MHWS-Speichern und des Einsatzpotenzials der MHWS-Speicher in Deutschland

In diesem Vorhaben wird eine der Schlüsselkomponenten zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht. Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Schlüsselkomponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als weitere Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. MHWS verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Begleitung der Wärmeübertragertests und Auswertung der Testergebnisse (AP 3) samt ihrer Auswirkung auf Design und Betrieb eines MHWS-Speichers (AP 6) - Anpassung des MHWS-Speichermodells für Wärmeauskopplung und Kostenermittlung unterschiedlicher Speicherkonfigurationen (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze und Untersuchung des Marktpotentials in Deutschland (AP7)

Aufbau einer Pilotanlage zur modularisierten Nutzung löslicher und unlöslicher Kohlenstoffabfallströme aus der Lebensmittelindustrie, Teilvorhaben: Wissenschaftlich technische Umsetzung und ökologische wie ökonomische Evaluation

In dem hier vorgeschlagenen Projekt möchten wir ein integriertes biotechnologisches System für die Verwertung fester und gelöster organischer Abfallströme zu Bioenergie entwickeln. Es sind bereits einige Technologien für die Bioenergiegewinnung aus Abfällen etabliert. Allerdings ist es die Verbindung mit weiteren neuen Technologien zu einem modularen Netzwerk von kommunizierenden Modulen, was für zukünftige Akteure notwendig sein wird, um die Biomasse-/Bioabfallressourcen bis zu ihrem vollen Potenzial hin nutzen zu können. Wir möchten eine skalierbare Pilotanlage für die integrierte Umwandlung fester und löslicher organischer Abfallströme in Biogas und Wasserstoff entwickeln. Zu diesem Zweck sollen drei Module gebaut und miteinander verbunden werden, die aus der sauren Hydrolyse von Feststoffen, der Biogaserzeugung aus gelöstem org. Kohlenstoff und der Biowasserstofferzeugung mit Hilfe bioelektrochemischer Technologien bestehen. Das System wird in Zusammenarbeit zwischen der TU Hamburg und der Firma Popp Feinkost GmbH gebaut und am Industriestandort mit realen Abfallstoffströmen betrieben werden.

Nährstoffrückgewinnung aus Klärschlamm

Der Abwasserverband Braunschweig optimiert mit einer technischen Innovation die Energiebilanz seiner Kläranlage und gewinnt wertvolle Nährstoffe aus dem Klärschlamm zurück. Das Bundesumweltministerium fördert dieses Vorhaben mit knapp 2 Millionen Euro aus dem Umweltinnovationsprogramm. Ziel des Vorhabens ist eine energetisch optimierte Schlammbehandlung mit erhöhter Faulgasausbeute und damit erhöhter Stromproduktion sowie die Rückgewinnung der Nährstoffe Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser für den späteren Einsatz als Düngemittel. Das Vorhaben leistet somit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Energie- und Ressourceneffizienz in der Abwasserwirtschaft und ist insbesondere in Hinblick auf die Nährstoffrückgewinnung auf andere Abwasserbehandlungsanlagen übertragbar. Das jährliche Einsparpotenzial an CO2-Emissionen beträgt circa 430 Tonnen. Zudem führt das Verfahren zu einer Verbesserung der energetischen Bilanz der Kläranlage. Und so funktioniert das neue Verfahren: In einer Zentrifugenanlage wird ausgefaulter Überschussschlamm auf circa 15 Prozent Trockenrückstand entwässert und direkt einer thermischen Desintegration zugeführt, in der mittels Druckhydrolyse eine Erhöhung des abbaubaren Anteils des Schlamms erreicht wird. Damit fällt eine höhere Menge an Faulgas an, gleichzeitig sinkt die zu entsorgende Schlammmenge. Die beim Zentrifugieren anfallende hoch nährstoffreiche Flüssigkeit - das Zentrifugat - wird nacheinander den beiden Nährstoffrückgewinnungsstufen, der Magnesium-Ammonium-Phosphat-Fällung und der Ammoniak-Strippung, zugeführt. Sowohl das dabei gewonnene Magnesium-Ammonium-Phosphat als auch das Ammoniumsulfat sind von hoher Qualität und zum Einsatz als Düngemittel geeignet. Das Bundesumweltministerium fördert mit dem Umweltinnovationsprogramm erstmalige, großtechnische Anwendungen einer innovativen Technologie. Das Vorhaben muss über den Stand der Technik hinausgehen und sollte Demonstrationscharakter haben.

Bedarfsgerechte Speicherung erneuerbarer (Wind-) Energien zur Erzeugung grünen Erdgases unter CO2-Bindung mittels biologischer Methanisierung, Teilvorhaben 1: Wissenschaftliche Begleitung bei der Umsetzung einer Pilotanlage

MILLS - Entwicklung und Implementierung eines Konzeptes zur Nutzung von Wassermühlen zur Kleinstelektrifizierung sowie für den Betrieb von Ölpressen und Getreidemühlen in ländlichen Siedlungsräumen in Entwicklungsländern, z.B. in Äthiopien

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es auf der Grundlage bewährter Technologien, die als angepasste Technologien in Entwicklungsländern in Betracht kommen, unter Berücksichtigung sozio-demographischer und ökonomischer Gegebenheiten, auf der Basis bereits identifizierter potentieller Standorte für Wasserkraftanlagen, unter Einbeziehung von lokalem Know-How und durch Implementierung und Monitoring von Pilot-Anlagen Grundlagen für einen Standard zu schaffen, auf dessen Basis in Zukunft nach einem 'Baukastenprinzip' kleine Wasserkraftanlagen (auch kostengünstig) implementiert werden können. Es wird eine Kleinwasserkraftanlage entwickelt, deren technische Spezifikation sowie Nutzung und Wartung auf die besonderen Verhältnisse in Entwicklungsländern (z.B. Äthiopien) abgestimmt ist. Die üblichen Wasserkraftanlagen erfordern einen hohen technischen Standard für die Produktion; Bau und Wartung dieser Komponenten ist in den ländlichen Gebieten der Entwicklungsländer nahezu unmöglich. Bis zum 19. Jahrhundert gehörten in Europa Wasserkrafträder zum 'technischen Standard' der Handwerksbetriebe. Neben der Nutzung als Getreidemühle wurden Wasserräder für den Antrieb von Ölpressen und Sägen genutzt. Ziel des Vorhabens ist diese ursprüngliche Nutzung der Wasserräder für die besonderen Belange in Entwicklungsländern technisch zu optimieren. Wasserkraftanlagen werden heute nur dann betrieben, wenn sie ausschließlich der Stromerzeugung dienen. In Entwicklungsländern gibt es allerdings neben dem Strombedarf einen großen Bedarf an mechanischer Arbeitsleistung für den Antrieb von Getreide- bzw. Ölmühlen und Wasserpumpen, d.h. dass das Wasserrad direkt über eine mechanische Kupplung Verbraucher antreibt. Wird die mechanische Arbeitsleistung nicht benötigt (z.B. nachts) liefert der integrierte Generator Energie in Form von elektrischem Strom, der in vielfacher Hinsicht genutzt werden kann (z.B.: Beleuchtung, Beheizung eines zentralen Backofens, usw.). Diese Wasserräder sollen entsprechend dem Bedarf in ländlichen Siedlungsräumen in Entwicklungsländern mit Leistungen im Bereich von 2 bis 6 kW ausgelegt werden.

ETOS: Elektrochemische Valorisierung von hochchlorierten persistenten Abfällen, Teilprojekt D

Hochtemperatur-Wärmepumpen-Energiespeicher als dekarbonisierter Flexibilitäts-Ersatz fossiler Kraftwerke, Teilvorhaben: Wärmeüberträgeruntersuchungen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des entwickelten Speichers

In diesem Vorhaben wird die Schlüsselkomponente zu einer netzdienlichen Langzeit-Energiespeicherlösung auf Basis von Malta’s Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern (MHWS) entwickelt und das MHWS Einsatzpotential in Deutschland untersucht Die MHWS-Speichertechnologie stellt bei der Ausspeicherung gleichzeitig Strom und Wärme bereit, sodass die Elektrifizierung des Wärmesektors über Kraft-Wärmekopplung ebenfalls erfolgen kann. Ein wesentliches Ziel des Vorhabens ist die Kraftwerks-maßstäbliche Untersuchung neuer Flüssigsalz-Luft Wärmeübertrager als kritische MHWS-Komponente in der Testanlage für Wärmespeicherung in Salzschmelzen (TESIS) des DLR. Diese Untersuchung stellt einen sehr wichtigen Qualifikations-Schritt dar, das Wärmepumpen Strom- und Wärmespeicher Konzept zu Kraftwerksgröße hochzuskalieren und damit fossile Gaskraftwerke samt ihren Flexibilitäts- und Netzstabilisierungsdiensten in Zukunft zu ersetzen. Damit ebnet dieses Vorhaben den Weg, für die Energiewende in Deutschland, Europa und weltweit deutsche Turbomaschinen als Kernkomponente von Hochtemperatur-Wärmepumpen Strom- und Wärmespeichern einzusetzen. Das DLR verfolgt folgende Hauptziele im Teilvorhaben: - Definition geeigneter Zielparameter für die Wärmeübertrager-Untersuchungen und die Integration der MHWS-Speichertechnologie in das Energiesystem (AP2) - Untersuchung kritischer Detailaspekte an Wärmeübertragerprototypen (AP4) - Großskaligen 5 MW Wärmeübertragertest mit Testaufbau und Versuchsdurchführung (AP5) - Entwicklung und gegenseitige Validierung von thermodynamischen und abstrahierten Modellen der MHWS-Speichertechnologie (AP6) - Technoökonomische Bewertung der MHWS-Speichertechnologie mit Integration in Strom- und Wärmenetze mit Parameterstudien (AP7)

Hydrogen Evolution Coupled with DAC, Teilprojekt B

Der asynchrone, rotierende Energiesystem-Stabilisator - Eine echte 'voll-integrierte Netzwerkkomponente' zur Netzstützung, Teilvorhaben: Integration aller Vorgaben, Konstruktion und Validierung

Nachhaltiger Kunststoffrasenplatz - Entwicklung und Untersuchung am Beispiel der Stadt Ellwangen

Die Nutzung von Kunststoffrasenplätzen wird derzeit intensiv in Gesellschaft und Politik diskutiert. Der Grund hierfür ist ein laufendes Verfahren der ECHA (Europäische Chemikalienagentur) zur Neufestlegung eines PAK-Grenzwertes für das Einfüllgranulat. Sollte ein Verbot des Einfüllgranulats in Kraft treten, dürfte ein Großteil bisheriger Kunststoffrasenplätze nicht mehr genutzt werden. Ziel dieses Projekts ist daher die wissenschaftliche Begleitung des Baus und der Nutzung eines nachhaltigen Kunststoffrasenplatzes. Dies erfolgt anhand einer Pilotanlage für den Fußball- und Baseballbetrieb in der Stadt Ellwangen. Erstmalig sollen die bisherigen Komponenten Elastikschicht, Kunststofffaser sowie Einfüllgranulat, die in der Regel auf fossilen Ausgangsstoffen basieren, vollständig durch Werkstoffe aus nachwachsenden, schadstofffreien Rohstoffquellen ersetzt werden. Die Sporttauglichkeit soll dabei mindestens diejenige erreichen, die bisher für konventionell gebaute Anlagen üblich ist. Da durch den Sportbetrieb der teilweise Austrag von Mikroplastik in die Umwelt unvermeidbar ist, soll über umfassende Boden- und Kunststoffanalysen gewährleistet werden, dass keinerlei Schadstoffe in den Erzeugnissen vorhanden sind, die zu einer Belastung der Umgebung führen können. Nicht biologisch abbaubare Komponenten sollen im Anschluss zur Ressourcenschonung einem Verwertungsprozess zugeführt werden. Das Gesamtprojekt wird dabei ganzheitlich ökobilanziert, um den Nachweis der Nachhaltigkeit zu erbringen. Zudem sollen Bürger und Vereine vor Ort in das Projekt einbezogen werden, um die Bürgergemeinschaft im Bereich der nachhaltigen Entwicklung zu sensibilisieren. Der entstandene Kunststoffrasenplatz soll schließlich als Vorbild und Anschauungsobjekt für den Bau von weiteren nachhaltigen Kunststoffrasenplätzen dienen.

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