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Zukuenftige Einsatzmoeglichkeiten der Hochtemperaturbrennstoffzelle im Energieversorgungssystem

Ziel ist es, die zukuenftigen Einsatzmoeglichkeiten und Einsatzgebiete der Hochtemperaturbrennstoffzelle im Energieversorgungssystem der Bundesrepublik Deutschland sowie ihren Beitrag zu effizienten, ressourcen- und umweltschonenden Energieversorgung zu beschreiben.

Carbonate Looping mit einer mobilen Anlage, Teilvorhaben: Auslegung und Betrieb einer mobilen Anlage und Prozessbilanzierung

KI-Anwendungshub Kunststoffverpackungen - Innovationslabor - KI gestützte Optimierung der Kreislaufführung von Kunststoffverpackungen, Teilprojekt: Stoffstrommanagement und Nachhaltigkeitsbewertung einer digitalisierten Kreislaufwirtschaft

Optimierung und Bewertung von Prozessketten zur chemischen CO2-Verwertung für die Emissionsminderung in der Zementindustrie

großtechnische Versuchsanlage, Katalysator

Thema: Das Projektthema ist die Reduktion von Methanemissionen aus mit Biogas betriebenen Blockheizkraftwerken (BHKW) mittels katalytischer Abgasnachbehandlung. Dabei soll neben der Herstellung und Testung geeigneter Katalysatormaterialien und deren Einbindung in großtechnische Anlagen auch eine ökonomische Analyse der Wirksamkeit dieser Maßnahme erfolgen. Das Projekt befasst sich speziell mit Methanschlupf, der an mit Biogas betriebenen Blockheizkraftwerken auftritt. Dieser resultiert aus der nicht vollständigen Verbrennung des Biogases in den Verbrennungsmotoren der Blockheizkraftwerke. Da Methan bekanntermaßen einen unerwünschten Einfluss auf den Treibhauseffekt hat, soll seine Emission gerade im Hinblick auf die Nutzung regenerativer Energieträger vermieden werden. Ziele: Ziel des Vorhabens ist es, ein marktfähiges Verfahren zur Reduktion von Methanemissionen aus biogasbetriebenen Blockheizkraftwerken zu entwickeln und den Effekt der Anwendung in der Praxis zu dokumentieren. Dabei steht die Entwicklung und der Einsatz eines Katalysators zur Reduzierung von Formaldehyd- und Methanemissionen im Vordergrund. Der optimierte Katalysator wird an einer großtechnischen Anlage getestet. Maßnahmen: Katalysatortestung im Labormaßstab unter idealisierten und an die Realität angelehnten Bedingungen - Katalysatortestung an realen Anlagen (reales Abgas). Schwerpunkte: Die Demonstration ausgewählter Maßnahmen zur Reduktion von Klimagasemissionen in der Praxis mit der Fokussierung auf Reduzierung von Emissionen aus Blockheizkraftwerken, Die wissenschaftliche und messtechnische Begleitung dieser Maßnahmen, Der qualitative und quantitative Nachweis der Wirksamkeit der Maßnahmen, Die ökonomische Beurteilung der CO2-Vermeidungskosten, die mit der Anwendung der Maßnahmen in der Praxis verbunden sind.

Optimierung der Biomassenutzung nach Effizienz in Bereitstellung und Verwendung unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitszielen und Welternährungssicherung

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens besteht darin, die begrenzt verfügbare Fläche für nachwachsende Rohstoffe mit höchster Effizienz nach THG- Minderung und volkswirtschaftlichen Kosten zu nutzen. Für die Verwendungsoptionen Biokraftstoffe, Wärme und Strom werden die Wirtschaftlichkeit, der Subventionsbedarf, die Treibhausgaseinsparungen sowie CO2-Minderungskosten für die realisierbaren Bioenergiepotenziale quantifiziert. Die Analysen der Flächen- und Biomassepotenziale werden auf nationaler, überregionaler sowie globaler Ebene durchgeführt. Die Bewertung von Bioenergielinien nach verschiedenen Effizienzkriterien erfolgt ausschließlich für Deutschland. Es werden weiterhin verschiedene Szenarien gebildet. Zum Beispiel: (a) Zielvorgaben des Energiekonzepts der Bundesregierung, (b) effizienzoptimierter Bioenergiemix, (c) Priorität für Wärme oder Strom/Wärme oder Biokraftstoffe. Aus den Ergebnissen werden Schlussfolgerungen und Handlungsoptionen für die Politik und die Wirtschaft deduziert, und damit ein wichtiger Beitrag zur Optimierung der Bioenergienutzung unter Nachhaltigkeitszielen geleistet. Zu Beginn des Projekts finden eine Analyse der politischen Rahmen- und Förderbedingungen sowie die Definition von Szenarien statt. Auf dieser Basis erfolgt die Abschätzung der Flächenpotenziale in der aktuellen Situation sowie in zukünftigen Szenarien für Bioenergie unter Berücksichtigung von Welternährungssicherung und Nachhaltigkeit. Insbesondere werden dabei die Agrarrohstoffpotenziale für Bioenergieträger sowie die Potenziale für alternative Verwendungen in den Bereichen Wärme, Strom und Kraftstoffe abgeschätzt. Anschließend findet eine Optimierung der Verwendung verfügbarer Biomasse für Bioenergieträger in Deutschland und vergleichende Bewertung nach Effizienzkriterien statt. Aus den Ergebnissen werden Schlussfolgerungen und Handlungsoptionen für die Politik und die Wirtschaft deduziert, und damit ein wichtiger Beitrag zur Optimierung der Bioenergienutzung unter Nachhaltigkeitszielen geleistet.

Weiterentwicklung des Sprühwäscheprozesses zur Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen

Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Untersuchung und Weiterentwicklung der nachgeschalteten CO2-Abtrennung durch einen Sprühwäscheprozess aus Kraftwerksrauchgasen. Der Fokus liegt in der Entwicklung eines effizienten und wirtschaftlichen Sprühabsorptionsverfahrens unter größtmöglicher Lastflexibilität. Dazu soll der Prozess im Versuchsbetrieb im Technikumsmaßstab optimiert werden, während gleichzeitig besonders geeignete Absorptionsmittel gezielt untersucht und verbessert werden. Die energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses ermöglicht die Abschätzung des Energiebedarfs und der CO2-Vermeidungskosten. Für die experimentellen Untersuchungen steht die im Vorgängerprojekt installierte Versuchsanlage zur Verfügung, die punktuell modifiziert werden soll. Schwerpunkte der Betrachtungen liegen auf der Abhängigkeit des Absorptionsprozesses vom Lastfall, d.h. von Rauchgasstrom und -zusammensetzung sowie von der Spraycharakteristik. Auch das dynamische Verhalten beim Übergang zwischen Lastzuständen soll untersucht werden. Für die detaillierte Bestimmung der Absorptionsraten unter realistischen Strömungsbedingungen wird ein Tropfenschwarmabsorber in einen Bypass der Versuchsanlage integriert. Die Ergebnisse sollen die Vorteile der Sprühwäsche gegenüber der Verwendung von Packungskolonnen wie z.B. den flexibleren Lastbereich, niedrigeren Druckverlust und die Verwendbarkeit einer größeren Bandbreite an Absorptionsmitteln nutzbar machen. Weiterhin sollen durch den Einbau von unterschiedlichen Zerstäuberdüsen und Wandabstreifern Möglichkeiten für die Prozessintensivierung betrachtet werden. Die Degradation des Absorptionsmittels wird beobachtet, um Rückschlüsse auf das erforderlichen Solvent Management ziehen zu können. Die energetische und wirtschaftliche Bewertung des Prozesses unter Berücksichtigung von Kraftwerksflexibilität, Anlagenkonfiguration und Absorptionsmitteln hinsichtlich Energiebedarf und CO2-Vermeidungskosten schließt das Projekt ab.

Erweiterung und Optimierung einer 1 MWth Versuchsanlage zur CO2-Abscheidung aus Kohlekraftwerken mittels Kalkstein

Das Carbonate-Looping-Verfahren ist eine effiziente Technologie zur CO2-Abscheidung aus Kraftwerksabgasen mittels CaO. Bisherige Untersuchungen versprechen deutlich niedrigere Wirkungsgradverluste und CO2-Vermeidungskosten im Vergleich mit anderen Verfahren. An der TU Darmstadt wurde eine der weltweit größten Versuchsanlagen im Maßstab von 1 MWth aufgebaut und betrieben. Ziel des Vorhabens ist die Durchführung von Langzeitversuchen an einer erweiterten Versuchsanlage mit verschiedenen Brennstoffen und Absorbentien in unterschiedlichen Lastzuständen, um den flexiblen und gesicherten Einsatz des Carbonate-Looping-Verfahrens in Kraftwerken eingehend beurteilen zu können und eine ausreichende Datenbasis für die Hochskalierung des Verfahrens zu schaffen. Im Rahmen des Vorhabens soll die 1 MWth Versuchsanlage hinsichtlich ihrer Funktionalität erweitert, neue Brennstoffe (Braunkohle) eingesetzt, Langzeitversuche durchgeführt, Laständerungen vollzogen, und der Einfluss des Schwefel- und H2O-Gehalts auf den Prozess untersucht werden. Anhand von Profilmessungen in den Reaktoren sollen Modelle weiterentwickelt und umfassend validiert werden, welche u.a. zur Optimierung des Reaktordesigns eingesetzt werden. Basierend auf den Versuchsergebnissen sollen mit Hilfe der Modelle der Wirkungsgrad und die CO2-Vermeidungskosten für Kohlekraftwerke mit nachgeschalteter Carbonate-Looping-Anlage neu berechnet werden.

Betrieb der CO2-Wäsche-Pilotanlage, Betrieb der CO2-Wäsche-Pilotanlage zur Optimierung und Innovation der Abtrenntechnik unter realen Betriebsbedingungen an einem braunkohlegefeuerten Kraftwerk - Teilvorhaben Linde: Versuchsbegleitung und Betriebsunterstützung

Die Projektpartner RWE, BASF und Linde haben in den 2 Vorprojekten wesentliche Fortschritte erzielt, um eine CO2-Abscheidetechnologie zu entwickeln, die wesentliche Vorteile bzgl. Wirtschaftlichkeit (Anlagenkosten, Betriebsmittelkosten) und Umweltschutz gegenüber dem Stand der Technik besitzt. Während der Bearbeitung des aktuellen Projektes wurde jedoch ersichtlich, dass weitere Optimierungen bzgl. Emissionen und Anlagen- und Betriebskosten notwendig sind und durch weitere Forschungsarbeiten erreichbar scheinen. Das Gesamtziel der Phase III ist entsprechend die weitere Erhöhung der Umweltfreundlichkeit dieser Klimaschutztechnologie und die Senkung der CO2-Vermeidungskosten von CCS durch Senkung der Investitions- und Betriebskosten der Abtrenntechnik. Linde unterstützt RWE bei der Planung und Durchführung der Modifikation der Pilotanlage zur Durchführung des Testabschnitts 'simuliertes Gasturbinenabgas'. Darüber hinaus werden weitere kleinere Anlagenmodifikationen seitens Linde geplant (Waschmittelkühler, Aerosolmesstechnik). Des Weiteren unterstützt Linde RWE bei der Versuchsplanung und Versuchsauswertung. Bei auftretenden Betriebsproblemen während der Versuchsdurchführung gibt Linde RWE den entsprechenden anlagentechnischen Support. Linde übernimmt zwei Messkampagnen zur Untersuchung der Emissionsbildung bei zwei neuen OASE blue-Varianten. Alle Ergebnisse fließen in die Überarbeitung der Großanlagenstudie ein.

Betrieb der CO2-Wäsche-Pilotanlage, Folgeprojekt II: Betrieb der CO2-Wäsche-Pilotanlage zur Optimierung und Innovation der Abtrenntechnik unter realen Betriebsbedingungen an einem braunkohlegefeuerten Kraftwerk

Gesamtziele dieses Anschlussvorhabens sind die Reduktion der CO2-Vermeidungskosten von CCS durch Senkung der Investitions- und Betriebskosten der Abtrenntechnik, sowie die innovative Verbesserung der Umweltfreundlichkeit dieser Klimaschutztechnologie. Ein Schwerpunkt ist dementsprechend die Optimierung des Emissionsminderungssystems. Hierbei soll innovative hochauflösende online-Messtechnik in dieser Art erstmalig an einer CO2-Wäsche eingesetzt werden. Darüber hinaus sind die Simulation eines Gasturbinen-Abgases als Rohgas für die CO2-Wäsche, der Test und die Bewertung von zwei neuen OASE blue-Varianten, ggf. ein Langzeittest der optimalen OASE blue-Variante, die Fortführung der Werkstofftests und die Weiterführung der technisch-wirtschaftlichen-ökologischen Konzeptoptimierung zur großtechnischen CO2-Wäscheanlage geplant. Im ersten Jahr soll durch innovative Messtechnik das Emissionsniveau in Abhängigkeit von den eingesetzten emissionsmindernden Maßnahmen, wie z.B. der Minimierung von Aerosolkeimen vor Eintritt in die CO2-Wäsche, systematisch untersucht werden. Im Anschluss soll die Performance des Wäscheprozesses mit 'simuliertem' Rauchgas einer Gasturbine getestet werden, indem Luft dem Rohgas beigefügt wird. Im zweiten Projektjahr werden zwei neue von BASF entwickelte optimierte OASE blue-Varianten getestet. Wenn durch eine der beiden neuen Waschmittelvarianten eine Performanceverbesserung erreicht wird, ist für das dritte Projektjahr eine Langzeituntersuchung vorgesehen.

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