Das Verbundprojekt Reallabor Referenzkraftwerk Lausitz 'RefLau' besteht aus einem kommerziellen und einem Forschungs- und Entwicklungsteil. Im F&E-Teil forschen das Fraunhofer IEG, die TU Dresden und die BTU Cottbus-Senftenberg an einem innovativen Kraftwerkskonzept, das in der Lage ist, alle Produkte und Dienstleistungen eines heutigen konventionellen, thermischen Kraftwerks zur Verfügung zu stellen. Die Kernkomponenten bestehen aus einer Batterie, einer Brennstoffzelle, einem Superkondensator und einem Elektrolyseur. Neben der Rückverstromung von Wasserstoff werden Systemdienstleistungen wie die Bereitstellung von Blindleistung, Regel- und Momentanreserve sowie von Fehlerstrom demonstriert. Es werden die benötigten Regel- und Steueralgorithmen entwickelt und das Zusammenwirken der Komponenten getestet. Weiterhin werden Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung und -aufwertung untersucht und eine technische Lösung konzipiert. Zur Simulation kritischer Anlagenfahrweisen wird ein Digitaler Zwilling erstellt, der ebenfalls zur Übertragung und Skalierung der Ergebnisse dient. Die Errichtung der Demonstrationsanlage erfolgt am Standort Spremberg im Industriepark Schwarze Pumpe.
Zielsetzung:
Die Stärkung der Eigenversorgung im Bereich Gemüse soll verbessert werden. Dies bietet nicht nur einen ökonomischen Wert durch eine erhöhte regionale Wertschöpfung und ökologische Vorteile kurzer Transportwege, sondern dient auch dazu, der Bevölkerung sowohl eine gesicherte Qualität als auch eine regionale (energieautarke) Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Das Konzept der Vielfaltsgärtnerei verspricht eine ressourcenschonende Bewirtschaftung in Bezug auf Bodenverbrauch, Düngung und Pestizideinsatz. Gleichzeitig wird erwartet, dass durch die bio-intensive Bewirtschaftung der kleinen Flächen der Ertrag, verglichen mit konventionellen Anbausystemen, signifikant höher ist und damit die Ressourceneffizienz gesteigert werden kann. Durch den zum ersten Mal projektierten energieautarken Ansatz ist es möglich, sowohl die Produktion als auch den Vertrieb der Produkte vollständig durch vor Ort produzierte Energie (Photovoltaik, mit Batterien und Smart Grid Anwendungen) zu bewerkstelligen. Durch den low-tech Ansatz (kein Einsatz von Traktoren!) werden keine Arbeitsplätze vernichtet, sondern im Gegenteil hochwertige, regionale, den Ansprüchen einer modernen Gesellschaft gerechte, Arbeitsplätze geschaffen. Die Entwicklung vielfältiger Strukturen auf den Produktionsflächen (Blühflächen, Sträucher und Bäume mit Fruchtnutzung) sorgt nicht nur für die Förderung der Artenvielfalt, das Bestäuben der Nutzpflanzen und die Förderung von Nützlingen, sondern schafft neben der zusätzlichen Lebensmittelproduktion auch ein menschenwürdiges Arbeitsumfeld und damit einen Mehrnutzen. Sowohl durch den Humusaufbau (Kohlenstoffspeicherung) auf den Produktions- und Diversitätsflächen als auch durch die fehlende Verbrennung fossiler Energie, wird die Klimaerwärmung eingebremst und durch das Konzept der Vielfaltsgärtnerei eine aktive Adaptierung an den Klimawandel eingeführt. Durch Bewusstseinsbildung und Vermittlung hat das Projekt auch das Ziel, junge Menschen in die unternehmerische Lebensmittelproduktion zu bringen. Ein besonderes Ziel ist auch das Bewusstsein für die Bedeutung einer hochwertigen und diversen Nahrung für den Gesundheitsbereich zu stärken und vermehrte Forschungstätigkeit und Kooperationen in diesem Sektor auszulösen.
Bedeutung des Projekts für die Praxis:
Die Eigenversorgung mit Gemüse in Österreich liegt bei nur etwa 60% mit einem stetig ansteigenden Verbrauch. Die derzeit verwendeten Methoden zur Gemüseproduktion in Niederösterreich sind durch sehr hohen technischen Aufwand (Investitionsbedarf!), kombiniert mit hohem Pestizid- und Mineraldüngereinsatz (konventionell) oder hohem mechanischen Aufwand (biologisch) gekennzeichnet.
Neue (alte) Methoden erleben in Nordamerika und Teilen Europas einen Aufschwung. Junge Menschen (oft Quereinsteiger) entwickeln ressourcenschonende Methoden mit einem geringen Technik-, aber umso höherem Wissenseinsatz. (Text gekürzt)
Zielsetzung:
Batterien spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation der (Strom-)Wirtschaft zu einer CO2 neutralen Zukunft. Die Emissionsreduktion hängt primär vom vorliegenden Strom- bzw. Energiemix ab. Einerseits für den Energieaufwand während der Erzeugung, andererseits während ihres Betriebs. Überdies dürfen CO2 Emissionen für die Erzeugung, Raffinierung und den Transport von Grundmaterialien nicht vernachlässigt werden. Hier setzen die in diesem Projekt beschriebenen Innovationen an. Aktuelle State-of-the-Art LIB Batterien verwenden einerseits nicht weltweit geläufige Rohstoffe, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Diese Rohstoffe werden primär in China raffiniert. Die so hergestellten Ausgangsmaterialien werden dann ihrerseits erneut über weite Strecken transportiert. Anodenseitig wird aktuell Graphit verwendet. Beispielsweise stammen sowohl natürlicher (74%) als auch synthetischer Graphit (51%) primär aus China, weswegen chinesische Exportrestriktionen auf diesen essentiellen Zellbestandteil ein zusätzliches Hemmnis für die europäische LIB Technologie darstellen. Zusätzlich bedürfen LIB Batterien deutlich mehr CO2 in der Herstellung aufgrund der Anforderung an die Trockenräume, was bei NIB zumindest mit zusätzlicher Forschung deutlich reduzierbar wäre. Im Gegensatz dazu beruhen die Materialien für hier entworfene NIB auf weltweit geläufigen Mengenrohstoffen, was sowohl Kosten, CO2 Emissionen, Umweltbelastungen, und eben auch Abhängigkeiten von außereuropäischen Ländern minimiert.
Für eine Transformation hin zu einer nachhaltigen, erneuerbaren Wirtschaft sind billige Energiespeicher essenziell. Seit langem werden in den Roadmaps NIB als die beste Zukunftstechnologie bezeichnet, um möglichst kostengünstige Energiespeicher zu bauen. Daher wurde ein Konzept der vertikalen Integration entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet, dass mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit, binnen von zwei Jahren zu einem NI-Batteriepack Prototyp führen soll. Der große Vorteil darin besteht in der raschen Weitergabe von Innovationssprüngen an den Prototypen und eventuellen Produkten. Die Zielsetzung ist eine Zelle mit einer Energiedichte von 180 Wh/kg zu entwickeln, welche dann in Endanwendungen wie Gabelstapler, Heimspeicher, und stationäre Speicher eingesetzt werden kann. Durch den angestrebten niedrigen Preis pro kWh für NIB’s sind alle Anwendungen mit einer niedrigen bis mittleren Energiedichte denkbar.
Fazit:
In diesem Projekt wurde eine Methode entwickelt, um Mangan-dotiertes preussisch Weiss deutlich langlebiger zu machen - mit Zyklenzahlen, die man auch von Lithium-Eisen-Phosphat Akkus kennt, die schon bisher als sehr langlebig gelten. Durch die Erhöhung Spannung können der wesentliche Nachteil der geringeren Energiekapazität von preussisch Weiss mitigiert werden. Das so entstandene Material kann nicht nur LFP, sondern auch NiCd und Blei-Säure Batterien ersetzen.
Bei der Batterieherstellung fallen beim Saeurefreiwaschen der formierten Elektroden grosse Mengen Abwasser an, die mit Schwefelsaeure, Blei und anderen Schwermetallen belastet sind. Zur Verminderung dieser Belastungen werden bisher die mehrstufige Kaskadenspuelung im Gegenstrom und Ableitung des anfallenden Spuelkonzentrats ueber eine Neutralisationsfaellung oder die Kreislauffuehrung ueber eine dreistufige Faellung nach dem Walhalla-Verfahren eingesetzt. Nachteilig hierbei ist der Schlammanfall, der mit grossem Aufwand verwertet werden muss. Im vorliegenden Vorhaben wird der Gesamtanfall von Abwasser im Bereich der Elektrodenwaesche durch die Anwendung und Optimierung von physikalischen Kreislaufbehandlungsverfahren mindestens halbiert und die anfallenden Reststoffe intern oder extern verwertet. Folgende Verfahrenskombinationen kommen zur Anwendung. Optimierung des Waschverfahrens zur Erhoehung der Konzentration der Spuelwaesser und Minimierung der Wassermenge. Entfernung des feinpartikulaer vorhandenen Bleis durch eine optimierte Mikrofiltration. Der zurueckgehaltene Bleischlamm kann in der Sekundaerverhuettung wieder eingesetzt werden. Entfernung der geloesten Schwermetalle durch Kationentauscher. Aufkonzentrierung der Loesung durch eine Elektrodialyse. Die hierbei erzeugte 10-prozentige Schwefelsaeure wird in die Produktion zurueckgefuehrt, das an Schwefelsaeure verarmte Wasser wird wieder im Spuelprozess eingesetzt. Bei dieser Verfahrensweise werden die Ableitung von grossen Mengen sulfathaltiger Abwaesser und die Entstehung von schwermetallhaltigen Gipsschlaemmen aus der konventionellen Abwasserbehandlung vermieden.
Die Gesellschaft fuer Elektrischen Strassenverkehr mbH betreibt Forschung, Entwicklung und Erprobung auf dem Gebiet elektrischer Strassenfahrzeuge und deren Versorgungskomponenten in Zusammenarbeit mit der einschlaegigen Industrie. Im Rahmen von Grossversuchen werden Batterie-elektrische MAN-Standardlinienbusse (z.Z. 22 Fahrzeuge) sowie 20 Daimler Benz Hybridbusse im praxisnahen Linienbetrieb und auf Versuchsgelaenden getestet. Parallel hierzu werden an Elektrotransportern der Firma Daimler-Benz AG und Volkswagenwerk AG in einem Experimental-Forschungsprogramm Untersuchungen durchgefuehrt sowie erste Schritte der Elektrifizierung von Pkw eingeleitet. Bei den laufenden Programmen stehen neben den Fahrzeugen mit ihren Antriebskomponenten die Entwicklung leistungsfaehiger Energie-Speicher (Batterie) und einer auf die Besonderheiten des Fahrzeuges zugeschnittenen Versorgungstechnik (Batterie-Wechsel, Service- und Ladeeinrichtung) sowie eine Optimierung des Gesamtsystems im Vordergrund.