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Referenzkraftwerk Lausitz, Teilvorhaben: Wasserstofferzeugung und Sektorenkopplung

Das Reallabor Referenzkraftwerk Lausitz (RefLau) beinhaltet die Planung, Errichtung und den Betrieb eines Wasserstoff-Kraftwerks als technologische Innovation sowie die Vermarktung des grünen Wasserstoffs in unterschiedlichen Sektoren. Hierfür müssen neue Erneuerbare Energien Anlagen in der Region für die Bereitstellung von Grünstrom errichtet werden. Der Großteil des grünen Wasserstoffs wird verschiedenen Anwendungen in Verkehr, Industrie und Wärme zur Verfügung gestellt, wodurch die Treibhausgasemissionen dieser Sektoren reduziert werden. Ein kleinerer Teil des grünen Wasserstoffs wird forschungsseitig genutzt, um eine skalierbare und integrierte Lösung für die wesentlichen Herausforderungen der nächsten Phase der Energiewende zu erproben. Ziel ist hier den Nachweis zu erbringen, dass ein Kraftwerk neuen Typus und auf der Basis von 100 % Erneuerbaren Energien in der Lage ist, alle Systemdienstleistungen zu erbringen, die derzeit von konventionellen Kraftwerken bereitgestellt werden. Aus der Perspektive des Strukturwandels fokussiert das Projekt auf die Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit des Wirtschaftsstandortes Lausitz. Die langfristige Zielsetzung ist, Speicherkraftwerke mit einer hochskalierten Erzeugerleistung im dreistelligen Megawattbereich an anderen Industrie- und Kraftwerksstandorten der Lausitz zu realisieren. Das Vorhaben bietet zudem die Chance als Referenzlösung auf andere Standorte, insbesondere andere Reviere, übertragen zu werden.

Untersuchung der katalytischen Prozesse in Elektrolyse- und Synthesereaktionen (im Verbundprojekt: Entwicklung eines tubularen Dampf-Elektrolyseurs mit integrierter Kohlenwasserstoffsynthese)

Im Rahmen der in Deutschland stattfindenden Energiewende werden zur Substituierung fossiler Energieträger zunehmend erneuerbare Energien eingesetzt. Die regelmäßige Verfügbarkeit dieser Energiequellen ist nur bei einem kleinen und kaum erweiterbaren Teil, hauptsächlich der Wasserkraft und der Biomasseverwertung, gegeben. Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger der erneuerbaren Energien (Wasserstoffwirtschaft) erscheint aufgrund hoher Anfangsinvestitionen zur Umrüstung der auf Kohlenwasserstoffen basierenden Energieinfrastruktur sowie der geringen volumetrischen Energiespeicherdichte des Wasserstoffs problematisch. Eine interessante Möglichkeit zur Lösung der Speicherproblematik bei gleichzeitiger Beibehaltung der vorhandenen Infrastruktur besteht in der Herstellung von Methanol aus Kohlendioxid und Elektrolyse-Wasserstoff, der mittels erneuerbarer Energien erzeugt wird. Durch eine stoffliche Nutzung von Kohlendioxid lassen sich in Folge CO2 ?Emissionen mindern, und CO2 wird dadurch in einem Kreislauf genutzt, ohne dass die Atmosphäre durch zusätzliche Emissionen belastet wird. Für die Umsetzung dieses Konzepts müssen geringe Systemkosten bei hohen Wirkungsgraden erreicht werden. Beide Kriterien sprechen für die Nutzung der Hochtemperaturelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff für eine anschließende Kohlenwasserstoffsynthese. Bisher wurden in Hochtemperatur?Elektrolyseuren sauerstoffleitende Elektrolyte verwendet. Das Teilvorhaben der Professur für Technische Thermodynamik innerhalb des Verbundprojektes umfasst die Charakterisierung der eingesetzten Katalysatoren sowie deren Wirkungsweise und die Untersuchung der katalytischen Prozesse mit experimentellen Methoden. Damit soll der Gesamtprozess hinsichtlich der Katalysatoren optimiert werden.

ARRIVED - Klimafreundliche und ressourceneffiziente Anwendung der Wasserelektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Speichergasen kombiniert mit einer weitergehenden Abwasserbehandlung zur Mikrostoffelimination auf Kläranlagen

Der Wirtschaftsbetrieb Mainz AöR (kurz: WBM) ist eine Einrichtung der Stadt Mainz, in der Rechtsform einer rechtsfähigen Anstalt des öffentlichen Rechts mit Sitz in Mainz. Der WBM besteht aus den Betriebszweigen Bestattung und Entwässerung. Im Bereich Entwässerung ist der WBM zuständig für die Ableitung, Reinigung und unschädliche Beseitigung der Abwässer im Gebiet der Stadt Mainz und der Verbandgemeinde Bodenheim. An das Zentralklärwerk sind rd. 225.000 Einwohner sowie Gewerbe und Industrie angeschlossen. Die Ausbaugröße ist auf 400.000 Einwohnerwerte festgelegt. Damit gehört das Zentralkraftwerk Mainz zu den größten kommunalen Kläranlagen in Rheinland-Pfalz. Mit dem Vorhaben „Klimafreundliche und ressourceneffiziente Anwendung der Wasserelektrolyse zur Erzeugung von regenerativen Speichergasen kombiniert mit einer weitergehenden Abwasserbehandlung zur Mikrostoffelimination auf Kläranlagen (ARRIVED)“ plant der WBM den Ausbau/ die Erweiterung der 4. Reinigungsstufe zur Spurenstoffelimination aus einer Ozonung und einer Filterstufe mit granulierter Aktivkohle mit dem Betrieb eines Elektrolyseurs mit einer Nennleistung von ca. 1,25 MW el zu kombinieren. Der Sauerstoff (O 2 ) für die Ozonierung soll überwiegend aus der geplanten Elektrolyse stammen. Dabei ist vorgesehen, die Kläranlage mit einer Wasserelektrolyse und einer Verfahrensstufe zur Mikroschadstoffelimination auszustatten. Beide Verfahrensstufen sollen gekoppelt betrieben werden. Das Vorhaben verknüpft damit die regenerative Energieerzeugung mit der Elimination von Mikroschadstoffen. Das im Elektrolyseur erzeugte regenerative Speichergas Wasserstoff (H 2 ) kann unterschiedlich genutzt werden. Es soll vorrangig ins Erdgasnetz eingespeist werden. Als weiterer Verwendungspfad ist angedacht, den Wasserstoff an den Mainzer ÖPNV oder sonstigen Mobilitätsanwendungen in der Region abzugeben. Um den energiewendedienlichen Betrieb der Elektrolyseanlage sicherzustellen, ist die Teilnahme am negativen Regeldienstleistungsmarkt sowie ein Ausbau der lokalen fluktuierenden erneuerbaren Energien zur Deckung des Grundlastbandes des Elektrolyseurs geplant. Das Vorhaben liefert einen Beitrag zur Energiewende durch die Erzeugung von Wasserstoff mittels Wasserelektrolyse und Einspeisung in das städtische Gasnetz. Unter Berücksichtigung der potentiellen Nutzung des erzeugten Wasserstoffs im ÖPNV kann mit dem Vorhaben insgesamt (ÖPNV, 4. Reinigungsstufe, Wasserstoffeinspeisung, Sauerstoff aus Elektrolyse) eine Einsparung von 1.279 Tonnen CO 2 -Äquivalenten pro Jahr erzielt werden. Branche: Wasser, Abwasser- und Abfallentsorgung, Beseitigung von Umweltverschmutzungen Umweltbereich: Wasser / Abwasser Fördernehmer: Wirtschaftsbetrieb Mainz AöR Bundesland: Rheinland-Pfalz Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend Förderschwerpunkt: Innovative Abwassertechnik

Indikator: Nutzung der Wasserressourcen

<p> Die wichtigsten Fakten <ul> <li>Bei einem Wassernutzungs-Index von mehr als 20 % ist die Schwelle zum <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserstress">Wasserstress</a> erreicht.</li> <li>Wasserstress bedeutet ein steigendes Risiko für Umweltprobleme und wirtschaftliche Schwierigkeiten.</li> <li>Seit 2007 liegt der Wassernutzungs-Index unter der kritischen Marke von 20 %, 2022 lag er bei 10,1 %.</li> <li>Durch den Import von Gütern verursacht Deutschland eine Wassernutzung in anderen Teilen der Welt. Dies kann in manchen Regionen zum Wasserstress beitragen.</li> </ul> </p><p> Welche Bedeutung hat der Indikator? <p>Der Wassernutzungs-Index setzt die Wasserentnahmen mit den erneuerbaren Wasserressourcen ins Verhältnis. Die erneuerbaren Wasserressourcen oder das erneuerbare <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserdargebot">Wasserdargebot</a> werden als langjähriges potentielles Wasserdargebot dargestellt. Die erneuerbaren Wasserressourcen umfassen in Deutschland 176 Mrd. m³, bestimmt für die Periode 1991—2020. Wenn 20 % oder mehr des erneuerbaren Wasserdargebots genutzt werden, wird in internationalen Vergleichen von <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserstress">Wasserstress</a> gesprochen. Eine zu starke Wassernutzung kann zu Umweltproblemen führen und die ökonomische Entwicklung behindern&nbsp;<a href="http://www.tellus.org/tellus/publication/comprehensive-assessment-of-the-freshwater-resources-of-the-world">(Raskin et al. 1997)</a>. Durch sinkende Grundwasserstände können Moore und Feuchtgebiete austrocknen oder Wälder geschädigt werden. In Küstennähe können Grundwasservorkommen durch eindringendes Meerwasser versalzen. Zwar herrscht in Deutschland im Mittel kein Wasserstress, jedoch gibt es regionale und saisonale Unterschiede. So ist der Niederschlag in Deutschland sehr ungleich verteilt.</p> <p>Zukünftig sollte der <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/indikator">Indikator</a> um den regionalen und saisonalen Bezug ergänzt werden. Durch eine Darstellung des Wassernutzungs-Indexes zum Beispiel auf Ebene der Flusseinzugsgebiete sowie für einzelne Jahresabschnitte könnte dort möglicher Wasserstress besser erkannt werden.</p> </p><p> Wie ist die Entwicklung zu bewerten? <p>Die Europäische Kommission hat sich in ihrem <a href="https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=COM:2011:0571:FIN">„Fahrplan für ein ressourcenschonendes Europa“</a> zum Ziel gesetzt, dass der Schwellenwert von 20 % für den Wassernutzungs-Index nicht überschritten werden soll (EK 2011). Für Deutschland sank der Index zwischen 1991 und 2022 von 26,3 % auf 10,1 %, da die Wasserentnahmen kontinuierlich zurück gingen. 1991 lagen sie noch bei 46,3 Mrd. m³. 2022 lag der Wert mit 17,9 Mrd. m³ deutlich niedriger.&nbsp;</p> <p>Große Teile der verwendeten Wassermenge werden zur Kühlung eingesetzt und danach wieder in die Flüsse oder Seen eingeleitet. Würde dies bei der Berechnung berücksichtigt, läge der Wassernutzungs-Index deutlich unter 10 %. Die Entnahmen der Energieversorgung sinken seit dem Jahr 2013 deutlich. Von 2019 zu 2022 betrug der Rückgang knapp 2 Mrd. m³ von 8,8 auf 6,9 Mrd. m³. Dieser starke Rückgang lag vor allem an der geringeren Kühlwassernutzung durch konventionelle Kohle- und Atom-Kraftwerke. Allerdings könnten andere Wassernutzungen (z.B. Kühlung von Rechenzentren, Wasserstoffproduktion) zu einem erneuten Anstieg von Wasserentnahmen führen. Bei der landwirtschaftlichen Bewässerung ist im Zuge des Klimawandels ein steigender Bedarf zu erwarten.</p> <p>In Deutschland selbst herrscht im Mittel kein <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserstress">Wasserstress</a>. Jedoch trägt die deutsche Volkswirtschaft durch den Import von wasserintensiven Gütern zur Wassernutzung in anderen Ländern bei. Abhängig von den Rahmenbedingungen kann dies dort mancherorts zu Wasserstress führen (<a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/94717">Bunsen et al. 2022</a>).</p> </p><p> Wie wird der Indikator berechnet? <p>Der Wassernutzungs-Index vergleicht die Wasserentnahmen mit dem langjährigen potentiellen <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/wasserdargebot">Wasserdargebot</a>. In die Berechnung des Wasserdargebotes fließen der Zufluss aus dem Ausland sowie die Differenz von Niederschlag und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/verdunstung">Verdunstung</a> von Boden und Pflanzen ein. Zur Berechnung wird die Periode 1991—2020 verwendet. Um einen Vergleich zur bisherigen Klimaperiode zu ermöglichen, wird der Index zusätzlich für 1961 bis 1990 dargestellt. Die Wasserentnahmen entfallen auf die öffentliche Wasserversorgung, die Energieversorgung, das verarbeitende Gewerbe und Bergbau sowie die Landwirtschaft. Die Daten werden alle drei Jahre durch das Statistische Bundesamt erfasst und veröffentlicht. Das Wasserdargebot wird über die Wasserbilanz durch die Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG) bestimmt.</p> <p><strong>Ausführliche Informationen&nbsp; zum Thema finden Sie im Daten-Artikel <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/20044">"Wasserressourcen und ihre Nutzung"</a>.</strong></p> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

GrueH2Ro - Grüner Wasserstoff aus Rostock

ECS4DRES, Verbundprojekt: Elektroniksysteme für resiliente flexible Energienetze mit erneuerbaren Energieerzeugern - ECS4DRES

Aktuelle Projekte der Wasserstoffwirtschaft in Stadt und Umland

Dieser Datensatz zeigt die aktuellen Projekte der Wasserstoffwirtschaft in Hamburg und seinem Umland. Der Überschuss an erneuerbaren Energien in Norddeutschland birgt das Potenzial, die Metropolregion zum Zentrum der deutschen und europäischen „grünen“ Wasserstoffwirtschaft zu machen. Die Karte zeigt politisch verabredete Infrastrukturprojekte und mögliche Fokusräume der künftigen Energieproduktion. Ursprüngliche Darstellungsform im Atlas:
 er Datensatz wurde im Stadt-Umland-Atlas als Teil einer Karte zur Wasserstoffwirtschaft dargestellt. Darin werden einzelne Projekte in einer Punktkarte in insgesamt neun verschiedene Kategorien: Wasserstoffproduktion, Wasserstoffforschung, Wasserstoffspeicher, Batterieproduktion, Batterieforschung, Industrie (Metall), Industrie (Chemie), Wasserstoffimport, Wasserstofftankstellen. Datenformat:
 Der Datensatz besteht aus zwei zusammengefügten Vektorpunktlayern, die die Standorte der Projekte nach der Legende im Atlas unterscheiden.

Fokus- und Schwerpunkträume der Wasserstoffwirtschaft in Stadt und Umland

Dieser Datensatz zeigt die Fokus- und Schwerpunkträume der Wasserstoffwirtschaft in Hamburg und seinem Umland. Der Überschuss an erneuerbaren Energien in Norddeutschland birgt das Potenzial, die Metropolregion zum Zentrum der deutschen und europäischen „grünen“ Wasserstoffwirtschaft zu machen. Ursprüngliche Darstellungsform im Atlas:
 Die Karte im Atlas zeigt mögliche Fokusräume der künftigen Energieproduktion in Norddeutschland auf. Der Datensatz wurde im Stadt-Umland-Atlas als Teil einer Karte zur Wasserstoffwirtschaft dargestellt. Darin werden einzelne Projekte in einer Punktkarte in insgesamt neun verschiedene Kategorien unterteilt: Wasserstoffproduktion, Wasserstoffforschung, Wasserstoffspeicher, Batterieproduktion, Batterieforschung, Industrie (Metall), Industrie (Chemie), Wasserstoffimport, Wasserstofftankstellen Datenformat:
 Der Datensatz besteht aus zwei zusammengefügten Vektorpolygonlayern, die die Standorte der Projekte nach der Legende im Atlas unterscheiden.

Biogene Wasserstoffproduktion mit innovativer Verteillogistik, Teilvorhaben: Koordination und Markt- /Wirtschaftlichkeitsanalyse

Das Forschungsprojekt BioH2Log hat zum Ziel, ein innovatives und skalierbares Logistiksystem für Wasserstoff aus Biogasanlagen zu entwickeln, um damit regionale Abnehmer im Schwerlast/ÖNPV-Straßentransportsektor zu versorgen. Zur dezentralen Erzeugung des grünen Wasserstoffs wird die Dampfreformierung von Biogas verwendet. Zu diesem Zweck soll ein übergeordneter digitaler Zwilling - bestehend aus verknüpften Simulationen der einzelnen Elemente der Prozesskette (Produktion, Transport und Abnahme) - erstellt und in einem softwarebasierten Tool umgesetzt werden. Das Tool soll mit Hilfe von KI-Methoden und unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette die einzelnen Elemente optimieren, um die Preise für die Abnehmer attraktiv zu halten. Integraler Bestandteil des Tools ist darauf aufbauend eine Plattform zur Steuerung des Wasserstoff-Handels, welche den Bedarf und die Echtzeit-Daten aus Produktion und Logistik miteinander verknüpft. Die Effizienz von BioH2Log wird unterstützt durch die Verwendung von fortschrittlichen sog. mobilen Tankstellen, deren H2-Druckspeicher sich durch ein geringes Speichergewicht auszeichnen. Die Projektpartner kooperieren mit dem Förderprojekt Bioh2Ref, das die Erprobung der Dampfreformierung von Biogas zum Ziel hat. Der bevorzugt dort erzeugte Wasserstoff wird in BioH2Log-Testkampagnen des Logistiksystem zur Validierung der dynamischen Simulation verwendet. Im Ergebnis soll die Einsatzreife und die Wirtschaftlichkeit von BioH2Log für die regionale Versorgung mit biogenem Wasserstoff demonstriert werden.

Biogene Wasserstoffproduktion mit innovativer Verteillogistik, Teilvorhaben: Treibhausgas-Minderungsanalyse

Das Forschungsprojekt BioH2Log hat zum Ziel, ein innovatives und skalierbares Logistiksystem für Wasserstoff aus Biogasanlagen zu entwickeln, um damit regionale Abnehmer im Schwerlast/ÖPNV-Straßentransportsektor zu versorgen. Zur dezentralen Erzeugung des grünen Wasserstoffs wird die Dampfreformierung von Biogas verwendet. Zu diesem Zweck soll ein übergeordneter digitaler Zwilling - bestehend aus verknüpften Simulationen der einzelnen Elemente der Prozesskette (Produktion, Transport und Abnahme) - erstellt und in einem softwarebasierten Tool umgesetzt werden. Das Tool soll mit Hilfe von KI-Methoden und unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette die einzelnen Elemente optimieren, um die Preise für die Abnehmer attraktiv zu halten. Integraler Bestandteil des Tools ist darauf aufbauend eine Plattform zur Steuerung des Wasserstoff-Handels, welche den Bedarf und die Echtzeit-Daten aus Produktion und Logistik miteinander verknüpft. Die Effizienz von BioH2Log wird unterstützt durch die Verwendung von fortschrittlichen sog. mobilen Tankstellen, deren H2-Druckspeicher sich durch ein geringes Speichergewicht auszeichnen. Die Projektpartner kooperieren mit dem Förderprojekt BioH2Log, das die Erprobung der Dampfreformierung von Biogas zum Ziel hat. Der bevorzugt dort erzeugte Wasserstoff wird in BioH2Log-Testkampagnen des Logistiksystem zur Validierung der dynamischen Simulation verwendet. Im Ergebnis soll die Einsatzreife und die Wirtschaftlichkeit von BioH2Log für die regionale Versorgung mit biogenem Wasserstoff demonstriert werden.

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