Das Projekt "Power-to-Gas am Eichhof" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) - Institutsteil Kassel durchgeführt. Bei diesem Projekt handelt es sich um die Methanisierung von Wasserstoff aus Überschussstrom unter Einsatz des im Biogas enthaltenden Kohlendioxids. Erstmals wird dabei über einen längeren Zeitraum das Kohlendioxid ohne vorherige Abtrennung des Methans direkt methanisiert. Hierbei wird der Prozessschritt der Biogasaufbereitung eingespart. Es soll ein konstant hoher Methangehalt im Produktgas von deutlich über 90% erreicht werden, auch bei unterschiedlichem Kohlendioxid Gehalt im Biogas. Das Produktgas aus der Methanisierung wird zwischengespeichert und in Zeiten hohem Strombedarfes in Strom umgewandelt und in das öffentliche Stromnetz eingespeist.
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.
Das Projekt "Innovationsforum 'Power to Gas to Power' (PGP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg durchgeführt. Die Bundesregierung favorisiert in ihrem aktuellen Energiekonzept die Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie. Um die ehrgeizigen Ziele bis 2050 erreichen zu können, bedarf es in Folge der Leistungsschwankungen einer Lösung zur Nutzung des Überschussstromes. Ein gangbarer Weg ist diesen über die Elektrolyse in Wasserstoff umzuwandeln und das gewonnene H2 im Untergrund zu speichern. Unter Nutzung von CO2 aus Produktionsprozessen oder aus Betriebsspeichern kann über eine Methanisierungsstufe Erdgas erzeugt und ins Transportnetz eingespeist werden. Die gesamte Technologiekette ist bekannt, jedoch noch nicht optimiert. Das vorhandene Know-how soll in einem aufzubauenden Netzwerk gebündelt und die Kompetenzen der Mitwirkenden zum Nutzen der Region erweitert werden. Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH Leipzig arbeitet dazu eng mit der TU Bergakademie Freiberg und der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus zusammen, die auf den jeweiligen Fachgebieten große Erfahrungen erworben haben. Den Schwerpunkt der Arbeiten bildet die Thematik zum Gastransport und der Gasspeicherung. Zwei weitere Arbeitskreise beschäftigen sich mit der Elektrolyse von H2 und der CO2-Separation sowie der Methanisierung und mit Gaskraftwerken. In den drei Arbeitskreisen wird das Netzwerk aufgebaut und eine zweitägige Fachtagung vorbereitet. Das Vorhaben soll durch eine breite Öffentlichkeitsarbeit begleitet werden, um frühzeitig eine breite Akzeptanz auch bei der Bevölkerung erzielen zu können.
Das Projekt "Smart Grid - das Stromnetz der Zukunft: Aufbau eines Systems zur intelligenten Verneztung der Erzeugung und des Verbrauchs von Energie - mySmartGrid" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik durchgeführt. Durch den Zubau der erneuerbaren Energien steht das deutsche Stromnetz vor der Herausforderung, diese sinnvoll zu integrieren. Die erneuerbaren Energien liefern dabei nicht notwendigerweise dann Strom, wenn der Verbraucher diesen nachfragt - die Stromerzeugung ist vielmehr an die Umweltbedingungen geknüpft. Da im Stromnetz die Leistung exakt dann zur Verfügung stehen muss, wenn der Verbraucher sie abruft, muss hier ein Ausgleich zwischen Erzeugung und Verbrauch umgesetzt werden. Dabei können zwei Wege beschritten werden: (1) Einerseits kann überschüssiger Strom in großen Batterien gespeichert werden. Damit kann z.B. an einem Sommertag der tagsüber erzeugte Photovoltaikstrom nachts verbraucht werden. Das Projekt myPowerGrid, welches als Ergänzung zum Projekt mySmartGrid zu sehen ist, verfolgt diesen Ansatz. (2) Andererseits kann auch die Nachfrage nach Strom in einem gewissen Umfang so verändert werden, dass Geräte dann betrieben werden, wenn gerade viel Strom aus erneuerbaren Energiequellen im Netz vorhanden ist. Diese Technik wird auch Demand-Side Management genannt und ist in der Industrie seit langem üblich. Um eine hohe Akzeptanz zu erreichen muss die notwendige Technik natürlich gut bedienbar sein, und die Benutzung darf im Alltag nicht umständlich sein. Diesen Ansatz verfolgt das Projekt mySmartGrid. Das Projekt mySmartgrid wurde von 2009 bis 2011 in drei Phasen bearbeitet. In der ersten Phase wurden die Grundlagen geschaffen, um in Privathaushalt Demand-Side Management(DSM) umzusetzen. Dabei wurden die Rahmenbedingungen in Privathaushalten analysiert und im Hinblick auf einen realistischen Kostenrahmen wurden verschiedene Technologien evaluiert. Darauf aufbauend wurde in der zweiten Phase mit der Umsetzung der Entscheidungen aus der ersten Phase begonnen. Die dritte Phase bestand aus der Überführung der Eigenentwicklungen in einen Produktivbetrieb. Als konzeptuelle Besonderheit lässt sich herausstellen, dass wir fast ausschließlich Open-Source Komponenten verwenden. Diese bieten den Vorteil einer schnellen Anpassbarkeit an die Bedürfnisse des Projekts, da der Quellcode (bei Softwarekomponenten) bzw. die Designdateien (bei Hardwarekomponenten) frei verfügbar sind. Gleichzeitig ist es uns wichtig, ein Ökosystem von frei verfügbaren Komponenten zu schaffen. Diese Herangehensweise hat sich als sehr produktiv herausgestellt.
Das Projekt "LandZukunft - RumeSc" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Die Verbandsgemeinde Rhaunen im Landkreis Birkenfeld will ihre Standortattraktivität durch ein nachhaltiges Energiekonzept fördern. Dies soll insbesondere durch die Einbeziehung der Wissenschaft im Bereich Biogas ermöglicht werden. In Kooperation mit der Universität Hohenheim und der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie sollen in der Verbandsgemeinde Rhaunen Forschungsprojekte zum Thema Biogas umgesetzt werden. Zunächst soll mit wissenschaftlicher Unterstützung eine neuartige technische Anlage zur Herstellung von Biogas eingerichtet werden; in der Folge sollen dann weitere Forschungsfragen eingespielt und behandelt werden. Die Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie beschäftigt sich hauptsächlich mit praxisnaher Forschung; aktueller Forschungsgegenstand ist die lastabhängige Biosgasproduktion durch fermentative Wasserstoffkonversion. Bisher gibt es keine Untersuchung im ländlichen Raum, die das Verfahren in der Praxis testet und bewertet. Für die Verfahrensentwicklung wäre eine solche Studie jedoch von großem Interesse. Konkret will die Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie eine neuartige Anlage zur Herstellung von Biogas installieren, die in der Lage sein soll, über die Nutzung von überschüssigem Windkraftstrom Methan als Brennstoff für eine Nutzung durch private Haushalte und Gewerbebetriebe bereitzustellen. Eine Gastankstelle ist in diesem Zusammenhang ebenfalls denkbar. Das Projekt trägt daher auch zur Sicherstellung der Mobilität im ländlichen Raum bei. Da sich die Verbandsgemeinde Rhaunen in Kooperation mit der Universität Hohenheim mit einem nachhaltigen Energiekonzept positionieren möchte und diese Bemühungen über die Ansiedlung von Gewerbe zur regenerativen Energieerzeugung (Bau eines Windkraftparks und einer Biogasanlage) hinausgehen soll, ist eine Verknüpfung zur Forschung, Entwicklung und Wissenschaft vorgesehen. Die Zusammenarbeit mit der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie der Universität Hohenheim sind die ersten Schritte zur Bioenergie -Modellregion. Forschungstätigkeiten in der Region können Wirtschaft und Wissenschaft eng miteinander vernetzen und dadurch Synergieeffekte ermöglichen. Ingenieurbüros und Handwerksbetriebe sollen hiervon im Besonderen profitieren; das Wissen um bestimmte Prozesse kann bei ihnen mittelfristig zu Wettbewerbsvorteilen führen. Des Weiteren wird eine langfristige Zusammenarbeit bei der Durchführung von Bachelor- und Masterarbeiten angestrebt. Zur Umsetzung dieser Maßnahme ist zunächst die Betreuung und Strukturierung des Entwicklungsprozesses durch einen externen Wissenschaftler geplant. Dieser soll zunächst die aktuelle Situation der Energienutzung in der Verbandsgemeinde Rhaunen aufnehmen und bewerten, um einen Arbeitsplan sowie Skizzen für mögliche Projekte zu erstellen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilvorhaben 2: UDE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Institut für Technologien der Metalle, Lehrstuhl Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung durchgeführt. Überschussenergie in Form von Strom aus regenerativer Produktion, der mit relativ geringer und variierender Verfügbarkeit anfällt, soll flexibel und hoch effizient in einem 'Power to Heat' Prozess wirtschaftlich sinnvoll genutzt werden. Im Rahmen des Projektes E-Power-Konverter soll ein existierendes Konzept im Detail weiterentwickelt, theoretisch validiert und mit Unternehmen der Stahlindustrie und des Anlagenbaus auf die Machbarkeit in der betrieblichen Praxis hin diskutiert werden. Dieses Konzept sieht vor, dass relativ kurzfristig anfallender überschüssiger Strom dazu genutzt wird, das im Abgas eines Hochofens enthaltene CO2 mit Hilfe der umgekehrten Boudouard-Reaktion zu CO umzusetzen. Zu diesem Zweck wird eine Kohleschüttung in einem entsprechenden Reaktor (E-Power-Konverter) mit dem vorhandenen überschüssigen Strom auf Temperaturen größer als 1000 Grad C aufgeheizt und das Abgas des Hochofens über diese Kohleschüttung geleitet. Durch die umgekehrte Boudouard Reaktion wird das CO2 zu einem hochwertigen, für die Einleitung in den Hochofen geeignetem Gas aufgewertet. Das Gas könnte auch in anderen Bereichen eines integrierten Hüttenwerkes verwendet werden. Bei fehlendem Überschussstrom wird der Hochofen in konventioneller Weise betrieben. Neben Kohle soll auch die Verwendung zusätzlicher Reststoffe wir Klärschlamm, hydrothermale Kohle und Bioreststoffe getestet werden. Hierzu wird auf Basis realer Betriebsdaten eine Massen- und Energiebilanz des Hochofenprozesses und des Hochofenprozesses in Kombination mit einem E-Power-Konverter aufgestellt. Im Rahmen von Laborversuchen werden wesentliche Problemfelder bei einer großtechnischen Umsetzung identifiziert.
Das Projekt "Teilvorhaben: sonnen GmbH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von sonnen GmbH durchgeführt. Die effiziente Nutzung vorhandener Ressourcen ist ein wichtiger Teilaspekt künftiger intelligenter Städte. Dieses Projekt konzentriert sich auf die Wasser- und die Energieinfrastruktur. Dabei sollen Synergieeffekte dieser beiden Infrastrukturen identifiziert und genutzt werden, um die Effizienz des Gesamtsystems 'intelligente Stadt' zu steigern. Bei einer Überproduktion könnte der Überschuss an Strom gespeichert oder beispielsweise zur Wasseraufbereitung genutzt werden. Alternativ könnte bis zu einem bestimmten Grad auch der Wasserdruck bzw. die Drehzahl der Pumpen und damit deren Stromverbrauch an die aktuelle Stromerzeugung oder den Bedarf angepasst werden. Dabei entscheidet ein intelligentes Entscheidungs- und Steuerungssystem, ob bei einer nicht ausreichenden Energieversorgung, der Wasserdruck gesenkt oder mit Hilfe von Energiespeichern der Mehrbedarf an Energie gedeckt werden kann. In diesem Projekt erarbeiten indische (IITK, IITGN und GIFT City) mit deutschen Partnern (fortiss und Sonnen) die technische Basis und erproben diese in einer Stadt in Indien. Dabei entsteht ein System, welches die genannten Infrastrukturen integriert und ein übergreifendes Zusammenspiel ermöglicht, um Betrieb und Versorgung zu optimieren. Die Firma Sonnen ist für die Integration der fortschrittlichen Energiespeichertechnologie zuständig. Vorab ist die Bestandaufnahme verschiedener Daten, Bewertung der Infrastruktur und Bestimmung des Standortes für die Energiespeichersysteme und deren Komponenten zu bestimmen. Außerdem ist die Integration der Schnittstellen und der Zusammenschluss des Batteriespeichersystems mit der vorhandenen Software zu regeln. So unterstützt die sonnen GmbH eine Optimierung des Energieverbrauchs, wie auch durch das Integrieren eines Inselbetriebs. So lassen sich spezifische Verbraucher nach Betriebsmodus steuern. Eine präzise Beschreibung des Projektes finden sie in der Vorhabensbeschreibung.
Das Projekt "Teilvorhaben: 6.2 Synergie von Power to Gas und Bioabfallbehandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stadtreinigung Hamburg, Anstalt öffentlichen Rechts, Abteilung Kommunikation und Innovation durchgeführt. Am BKW Bützberg verwertet die SRH AöR Bioabfall durch diskontinuierliche Vergärung in einem Perkolationsverfahren. Biogas wird mittels Aminwäsche aufbereitet und Biomethan in das Erdgasnetz eingespeist. CO2-Abgas wird über ein Gasumwälzsystem zur Spülung der Fermenter verwendet. Die Roh-Biogaszusammensetzung ist ca. 55%CH4/45%CO2. CO2 ist bereits im Rohgas vergleichsweise hoch konzentriert. Es ist naheliegend, dieses CO2 zur Methanisierung mit Wasserstoff zu nutzen. Biologische Methanisierung von H2 und CO2 (aus hydrolytischen Abbauprozessen) durch Archaeen ist ein Teilvorgang der Biogasbildung. Bei nachlassender Hydrolyseaktivität (diskontinuierliche Vergärung) sinkt der H2-Partialdruck, nimmt die Aktivität der Archaeen ab und die der acetoklastischen Methanbildner steigt. Zusätzliche Wasserstoffzufuhr verstärkt dann die Aktivität der Archaeen und Gär-CO2 wird zusätzlich zu Methan umgesetzt - die Biogasqualität wird erhöht. Wasserstoff am Standort der Bioabfallvergärung durch Nachrüstung einer Elektrolyse aus regenerativem Überschussstrom klimaneutral zu erzeugen, in den Fermentern mit Gär-CO2 zu methanisieren, zu Biomethan/SNG aufzukonzentrieren und in das Erdgasnetz einzuspeisen bietet Synergien zur Überschussstromspeicherung im Erdgasnetz und sektorenübergreifenden Nutzung. Demonstration der Machbarkeit und der Synergiepotentiale für PtX an einer Bioabfallbehandlungsanlage mit Vergärungsstufe, Biomethanerzeugung und -einspeisung in das Erdgasnetz mit besonders geringem verfahrenstechnischem Aufwand. Bilanzierung der Stoffströme und der Stoffumsetzung in Abhängigkeit zu den Prozessparametern, Ermittlung der externen Rahmenbedingungen wie Grenzwerte für H2 bei der Einspeisung von Biomethan, Bilanzierung der CO2-Einsparungen, Wirtschaftlichkeitsermittlung, Analyse wirtschaftlicher Hemmnisse und Empfehlungen zur Verminderung dieser Hemmnisse.
Das Projekt "Teilvorhaben: TU Freiberg" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Technische Chemie durchgeführt. Überschüssiger Strom aus Windkraft und/oder Photovoltaikanlagen wird zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) mit Hilfe einer Elektrolyse eingesetzt. Dieser Wasserstoff wird zusammen mit Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Vergärung von Biomasse, z.B. in Biogas- oder Bioethanolanlagen, in einem katalytischen Schritt zu Methanol im Sinne einer sektorübergreifenden Nutzung umgewandelt. Das erzeugte Methanol kann als 'verflüssigter Strom' betrachtet werden und ist vielfältig wiedereinsetzbar, u. a. als Zusatz bzw. Ersatz für fossile Kraftstoffe im Transportsektor, und kann damit zur Dekarbonisierung des Verkehrs beitragen. Zudem kann Methanol als 'Energiespeicher' als Zusatznutzen Flexibilität im Stromsektor bereitstellen. Dadurch kann zum einen der Überschussstrom durch eine sektorübergreifende Nutzung verwertet und zum anderen das Stromnetz regional stabilisiert und geregelt werden. Mit dem geplanten Forschungsvorhaben sind zwingende Fragen für ein PtM- 'grünes' Methanol-Konzept zu beantworten. Ziel ist die Erforschung der technologischen Grundlagen für die neue Aufgabenstellung, der Kosten und der regulatorischen Effekte als Basis einer Investitionsentscheidung für ein nachfolgendes Demonstrationsprojekt, in dem zwei Pilot- bzw. Demonstrationsanlagen errichtet und betrieben werden sollen. Sofern positive technisch-wirtschaftliche Bewertungen der Ergebnisse der ersten Phase des hier beschriebenen Forschungsvorhabens gegeben sind, ist der Bau einer Pilotanlage am Standort einer Bioethanolanlage der 2. Generation als CO2-Quelle und hoher PV-Stromerzeugung und - je nach Risikobewertung zeitlich versetzt - der Bau einer Demoanlage an einem integrierten Standort mit konventioneller Bioethanolanlage, einer KWK und einem überregionalen Energieverbund mit erheblichen Windstromanteilen vorgesehen. Damit werden die Grundlagen für eine nachhaltige industrielle Umsetzung des PtM-Konzepts 'grünes' Methanol geschaffen.
Das Projekt "FHprofUnt 2015: BEST - BioEnergyStorage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes, Deutsch-Französisches Institut für Umwelttechnik, Environmental Processes (DefiTechno) durchgeführt. Die Synthese von erneuerbarem Methan (CH4) mittels Überschussstrom, Wasser und CO2 im Power-to-Gas-Verfahren kann zur entscheidenden Technologie einer erfolgreichen Energiewende werden. Erneuerbare Energie (EE) kann so langfristig gespeichert werden. An der htw saar wurde hierzu ein biotechnologisches Verfahren entwickelt, das erneuerbares Methan in Erdgasqualität produzieren kann. Dadurch kann der CO2-Ausstoß industrieller Prozesse vermindert und fossiles Erdgas 1:1 ersetzt werden. Über das bestehende, weit verzweigte Erdgasnetz kann erneuerbares Methan langfristig gespeichert, transportiert und verteilt werden. Im Gegensatz zu anderen technischen Verfahren werden die Bioreaktoren drucklos bei 37°C betrieben. Ihr Aufbau ist daher relativ einfach und kostengünstig. Ein Reaktor von 100 m3 wird nach jetzigem Stand ca. 1 MW Leistung erreichen, ist kompakt und kann dezentral eingesetzt werden. Das zum Patent angemeldete Verfahren soll im nächsten Schritt mit einer Technikumsanlage weiter optimiert werden. Es sollen die bisher genutzten Laborreaktoren auf Technikumsmaßstab vergrößert und betrieben werden. Unter anderem sollen so die Leistungsfähigkeit und die Möglichkeiten der Einbindung dieser Technologie in das Energiesystem erprobt und verbessert werden. Parallel dazu soll die aktuelle Forschung in den Labors fortgeführt und ausgeweitet werden.
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