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Teilvorhaben 3, Teilvorhaben 2

Vergleich der in COORETEC verfolgten Kraftwerksprozesse unter einheitlichen realitätsnahen Randbedingungen

Zum Vergleich der in COORETEC betrachteten Kraftwerksprozesse (GuD-, DKW-, Oxyfuel- und Oxycoal-Prozess, IGCC mit CO2-Abtrennung, DKW mit MEA) werden einheitliche Annahmen und Randbedingungen aufgestellt und Prozessanalysen durchgeführt. Aussagen über die heute machbaren Technologien sowie deren CO2-Vermeidungspotential werden getroffen. Aufgrund der großen Unterschiede zwischen den zu betrachtenden Prozessen müssen die Anlagen- und Betriebsparameter miteinander vergleichbar gestaltet werden. Dies umfasst die Identifizierung aller Parameter und die Definition realitätsnaher, standardisierter Werte für alle Einflussgrößen. Mittels Modellierung und Simulation werden Aussagen über die heute erreichbaren Wirkungsgrade und das Wirkungsgradpotential einzelner Technologien gemacht. Wesentliches Ergebnis der Studie ist es, Aussagen zu treffen, welche Prozesse unter realitätsnahen und vergleichbaren Randbedingungen das größte technische und wirtschaftliche Potenzial besitzen, den Klimaschutz schnellstmöglich voranzutreiben. Die hierbei entwickelten standardisierten Annahmen und Randbedingungen sollen auch bei der zukünftigen Untersuchung von alternativen Prozessen Anwendung finden.

P2F-READY: Optimierung und Ergänzung der Rauchgaswäsche zur Bereitstellung von CO2 für die Power-to-Fuel-Technologie (P2F - READY - Carbon Capture), Teilvorhaben 1

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.

Wirkung von Additiven auf die Lösungsmechanismen von Flugaschen in zementären Systemen

Steinkohlenflugasche (SFA) ist ein wertvoller und wichtiger Zusatzstoff für Beton. Neben günstigen Einflüssen auf die Verarbeitbarkeit von Frischbeton und die Dauerhaftigkeit von Festbeton können durch Zementeinsparung Ressourcen geschont und CO2 Emissionen reduziert werden. Nachteilig ist die späte puzzolanische Reaktion von SFA. Um diese Reaktion zu beschleunigen werden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens organische, OH-gruppenhaltige Verbindungen eingesetzt, die die Glasstruktur der SFA auflösen und somit die Phasenbildung beschleunigen. Bei den verwendeten Additiven handelt es sich um Ethanolamine, die bereits in der Zementherstellung als Mahlhilfe Anwendung finden und Oxycarbonsäuren. Um die Wirkung dieser Additive auf die Lösung des Flugascheglases zu untersuchen werden künstliche Flugaschegläser hergestellt. In künstlichen Porenlösungen aus Kaliumhydroxid-Lösung (pH = 13) mit einem Calcium-Puffer aus Calciumhydroxid werden Lösungsversuche an diesen Flugaschegläsern durchgeführt. Die Porenlösungen werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit der ICP-OES analysiert. An realen Flugaschen mit ähnlicher Zusammensetzung wie die künstlich hergestellten, werden weitere Lösungsversuche durchgeführt. Bei diesen weiteren Untersuchungen werden auch unterschiedliche Flugasche/Lösungs-Verhältnisse untersucht. Die Erkenntnisse aus den Lösungsverhalten von Flugaschen unter Zugabe von Additiven werden auf flugaschehaltige Zementleime übertragen. Dabei wird 25 M.-%, 50 M.-% und 75 M.-% Zement (CEM I) durch SFA ersetzt. Neben den Erstarrungszeiten werden auch Wärmeflussdaten der flugaschehaltigen Zementleime unter Zugabe von Additiven untersucht. Porenlösungen werden mit ICP-OES analysiert und mit Ergebnissen aus den Lösungsversuchen verglichen. In einem weiteren Schritt werden flugaschehaltige Mörtel auf ihre Festigkeitsentwicklung und die zeitliche Veränderung der Porosität untersucht. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Mechanismen der Auflösung des Flugascheglases durch organische Verbindungen zu beleuchten und Aussagen über den Zusammenhang von Lösungsverhalten und Zusammensetzung von SFA zu treffen.

LastElSys: Lastwechselresistente Membran-Elektrolyse-Einheiten (MEA) für PEM Elektrolysesysteme, Teilprojekt DLR: Testinfrastruktur und Analyse von Degradationsmechanismen

In dem hier vorliegenden Projekt wollen zwei erfahrene Partner aus Industrie und Wissenschaft gemeinsam an der Verlängerung der Lebensdauer von PEM Elektrolyseuren arbeiten. Ziel ist es, dies vor allem bei wechselnden Lasten zu realisieren, wie sie bei der Verwertung von fluktuierenden, erneuerbaren Energien notwendig werden. Dazu wird ein Testsystem aufgebaut, in dem verschiedene Kombinationen von Membranen und Katalysatoren erforscht und getestet werden können. Dabei wird die langjährige Erfahrung des DLR in der Untersuchung von Degradationsmechanismen mit verschiedenen in-situ und ex-situ Untersuchungsmethoden genutzt. Die Untersuchung der Dauerhaltbarkeit bei dynamischer Belastung in diesem Projekt stellt einen relevanten Anteil an der Weiterentwicklung von Möglichkeiten zur chemischen Speicherung von erneuerbaren Energien dar. Die Verhaltensweise/Degradation und die Performance der MEAs werden zuerst im Elektrolyseur, der von Hydrogenics aufgebaut wird, getestet und später mittels verschiedener in-situ und ex-situ Untersuchungsmethoden genau untersucht. Parallel soll ein numerisches Modell der Degradation aufgebaut werden, mit dem eine Lebensdauervorhersage validiert werden kann

Neue Elektrokatalysatoren für Anwendung in automobilen Brennstoffzellenstacks - 'NEKat', (NEKat Umicore) - Teilvorhaben: Entwicklung von MEAs für automobile Brennstoffzellenstacks auf Basis neuartiger Elektrokatalysatoren

Konzipierung und Entwicklung von Elektrokatalysatoren und Elektroden, die durch eine deutlich verbesserte Degradationsstabilität und eine verbesserte Massenaktivität die ökonomischen Zielsetzungen für automobile Brennstoffzellenkatalysatoren erfüllen. Das technische Arbeitsziel des Vorhabens ist die Darstellung einer für den Automobilbetrieb tauglichen, d.h. langzeitstabilen (5000 h), robusten (Temperaturbereich -25 C bis +95 C) und leistungsfähigen (spez. Leistung 2,9 kW/g Pt) Elektrodentechnologie für automobile PEM-Brennstoffzellen. Entwicklung von Katalysatordispersionen zur Elektrodenherstellung auf der Basis von auf kohlenstofffreien Trägermaterialien dispergierten Edelmetallkatalysatoreno -Rheologische Charakterisierung des Systems, Sorptionsmessungen an Pulvern und Schichten, Anpassung und Optimierung der Dispersionen -Anpassung und Optimierung des Beschichtungsverfahrens -Anpassung und Optimierung von Elektroden an Daimler-spezifische Hardware, Beanspruchungs- und Betriebsbedingungen -MEA-Testung, MEA-Präparation -Leistungstests und erste Stabilitätstest in repräsentativen Einzelzellen -Durchführung von Tests in Daimler-spezifischer Stackhardware zur Bestätigung der Ergebnisse von Einzelzellentests

CO2 Abtrennung Sonstiges, Effiziente Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen mit Hilfe eines Sprühwäschers - Sprühwäscher Upscale

Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NIP): STEP 2 - ECPD - Vom Prototypen zur Fertigungsreife, Teilprojekt HTPEM / Truma

Ziel des Vorhabens ist die Weiterentwicklung und Erprobung einer neuen leistungsfähigen MEA-Generation für den Einsatz in DMFC- und HTPEM-Brennstoffzellensystemen, die zu einer signifikanten Kostenreduzierung im Stackbereich führen soll. Das Projekt knüpft an an das Vorgängervorhaben STEP, in dem die Grundlagen für das ECPD-Verfahren (elektrochemische Pulsabscheidung) gelegt wurden und das jetzt zur Serienreife weiterentwickelt werden soll. Das Vorhaben wird zusammen mit den Unternehmen Elcomax (MEA-Hersteller) und SFC Energy (Anwender DMFC) durchgeführt. Aufgabe von Truma ist, die HT-PEM-MEA in das von Truma entwickelte Reformer-Brennstoffzellen-System zu adaptieren und zu erproben. Das System dient der Bordstromversorgung von Freizeitfahrzeugen und arbeitet mit dem im Caravaningmarkt bewährten und weit verbreiteten Energieträger Flüssiggas.

P2F-READY: Optimierung und Ergänzung der Rauchgaswäsche zur Bereitstellung von CO2 für die Power-to-Fuel-Technologie (P2F - READY - Carbon Capture), Optimierung und Ergänzung der Rauchgaswäsche zur Bereitstellung von CO2 für die Power-to-Fuel-Technologie

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.

Verknüpfung zwischen internationalen Umweltabkommen und der WTO

Diese Studie wurde in Vorbereitung auf die 4. Ministerkonferenz der WTO in Doha im November 2002 erstellt. Es wurden die wichtigsten Verknüpfungspunkte zwischen internationalen Umweltabkommen und der WTO identifiziert und praktische Vorschläge für die zukünftige Arbeit gemacht sowie Reformvorschläge von WTO-Mitgliedern diskutiert. Die Studie beschäftigte sich weiterhin mit den rechtlichen Lösungsmöglichkeiten und untersuchte mehrere praktische Herangehensweisen um eine größere Stimmigkeit zwischen Handels- und Umweltpolitik, Verfahrensweisen und Institutionen internationaler Umweltabkommen und der WTO herzustellen, Synergien zu nutzen und Spannungen zu reduzieren.

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