Das Ziel dieses Projektes ist eine effiziente, preisgünstige und umweltfreundliche Produktion von H2 für klein bis mittelgroße Verbrauchsstellen in abgelegenen Gebieten (z.B. kleine Inseln oder auch schlecht erreichbare Dörfer) durch den Nutzen von Solarzellen auf Perowskit-Basis als Absorber-Material. H2 ist ein sauberer Treibstoff, der den meisten Energieverbrauch decken kann. Probleme mit seiner Speicherung sind gelöst. Auf der anderen Seite können Solarzellen günstige elektrische Energie erzeugen, die aber sofort genutzt werden muss, da deren Speicherung in Batterien derzeit teuer und ineffizient ist. Für kleine Gemeinden, die nicht ans Netz angeschlossen sind, wäre die Speicherung in Form von H2 eine perfekte Lösung. Durch die Nutzung neuer Perowskit-Materialien versuchen wir deren derzeitige Nachteile, wie die Degradierung mit der Zeit und ihrer Toxizität, zu überkommen. Um dies zu adressieren, planen wir Perowskite herzustellen, die auf anderen Metallen als Pb basieren (z.B. Sn, Bi, Sb, etc.) und zwei-dimensionale (2D) Perowskitsysteme (e.g. (C9H19NH3)2SnBr4), Nanoteilchen von 3D Systemen, oder quasi zwei-dimensionale Systeme zu verwenden. Das Design der Perowskite beruht auf gesammelter Erfahrung und theoretischen Berechnungen. Die hergestellten Perowskite werden eingehend charakterisiert und getestet, um die geeignetsten Systeme für die Entwicklung von Solarzellen zu verwenden. Zusätzlich werden weitere Aspekte, wie die verwendeten Materialen, Herstellungsmethoden und Solarzellen-Tests ausgewertet um die optimale Charakteristik und umweltfreundlichste Lösung für den Nutzen als unabhängige kleine Einheit zu gewährleisten (Haus, Hotel, etc.). Das Hauptziel dieses Projektes, neben der Herstellung des spezifischen Systems, sind die enge Zusammenarbeit in Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zwischen Europäischen und Mediterranen Forschungseinrichtungen, um eine starke Forschungskooperation im Bereich der erneuerbaren und sauberen Energien zu fördern.
Ziel des Verbundprojektes ist die technologische Erschließung der Energie- und Wasserstoffspeicherung in Methanol. Diese Technologie ermöglicht gleichermaßen die kohlendioxidbasierte chemische Speicherung erneuerbarer Energien sowie eine dezentrale Energie- und Wasserstoffbereitstellung. Die Ziele des Teilprojektes D 'CO2-Quellen' sind die Analyse und Bewertung der CO2-Abscheidung und -speicherung. Diese Analyse erfolgt auf Basis einer umfangreichen Literaturrecherche sowie Berechnungen und Simulationen von aussichtsreichen Prozessen. Es sind nähere Betrachtungen zur energieeffizienten Abscheidung und Speicherung von CO2 aus der Dehydrierung von Methanol mittels physikalischer und chemischer Verfahren durchzuführen. Darüber hinaus soll die CO2-Abscheidung aus Verbrennungsprozessen, aus Prozessen der Hochtemperaturbrennstoffzellen vom Typ SOFC und aus der Luft evaluiert werden. Zum Abschluss der Entwicklung ist die Realisierung eines Versuchsaufbaus zur Abscheidung, vorrangig aus einem Methanolreformerprozess, und Speicherung von CO2 einschließlich umfangreicher Versuche geplant.
Eine vielversprechende Technologie, die regenerativ gewonnene Überschussenergie zu speichern und zu nutzen, ist deren effiziente Umwandlung mittels Ko-Elektrolyse von atmosphärischem oder industriellem CO2 und H2O in Kraftstoffe. Chemische Energiespeicherung kann mittels Transformation von elektrischer Energie in stoffliche Energieträger erfolgen. Sobald die Energie durch Umwandlung von Stoffen in einer Chemikalie gespeichert ist, sind verschiedene Möglichkeiten der Nutzung möglich, z.B. die Wiederverstromung, die Nutzung für Heizsysteme oder der Einsatz für mobile Anwendungen. Speziell die Herstellung von Chemikalien wie Methanol, Ethanol, Methan und Synthesegas, um nur einige Beispiele zu nennen, bietet eine Vielzahl von neuen Einsatzgebieten. Die Herstellung mittels Ko-Elektrolyse ist dabei eine sehr effiziente und vielversprechende Methode. Anstrengungen in der Forschung und Entwicklung sollten auf die Erhöhung der Prozesseffizienz gerichtet sein. Ziel des bei WZR geplanten Teilprojektes ist die Herstellung von Membranen mittels Additiver Fertigung. Auf diesem Wege soll eine deutliche Reduzierung der Herstellungskosten erreicht werden, da Montageprozesse entfallen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen mehrere Materialien verarbeitet und die Porosität des Gefüges variiert werden: Der grundlegende Aufbau besteht aus einem porösen Anodensubstrat, einem gasdichten Elektrolyt und einer porösen Kathodenschicht. Um dieses Ziel zu erreichen, werden parallel zwei Additive Verfahren betrachtet: Pulver-3D-Druck mit Partikel gefüllten Tinten und 3D-Extrusion. Da aber am Ende des Projektes eine industrielle Fertigung möglich sein soll, müssen neben verfahrenstechnischen Fragen auch wirtschaftliche Aspekte betrachtet werden. Da diese zum heutigen Zeitpunkt nicht zu bewerten sind, sollen zunächst beide aussichtsreichen Verfahren entwickelt und bewertet werden. Zum Projektende erfolgt die Festlegung auf ein Verfahren, das in die industrielle Umsetzung gelangen soll.
Ziele des vorgelegten Projektes sind Konzeption, Entwicklung, Realisierung und Erprobung eines für die chemische Speicherung von EE in Form von SNG bzw. Wasserstoff optimierten Gesamtanlagen-Prototypen zur Wasserstofferzeugung mit dem Alkalischen Elektrolyseprozess (AEL-Technologie) in der 300 kWe-Klasse, die Vorbereitung von Konzepten zur Hochskalierung in den energiewirtschaftlich relevanten Megawattbereich, die detaillierte Analyse der Subsystem- und Gesamtanlagenkosten und der Wertschöpfungskette. Das geplante Vorhaben versteht sich als Verbundprojekt unter Beteiligung des wissenschaftlichen Instituts Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und der KMUs SolarFuel GmbH (SolarFuel) sowie Enertrag HyTec GmbH (Enertrag HyTec). Das ZSW ist in diesem Projekt für die Projektleitung und Koordination, die Entwicklung eines Druck-Elektrolyseblocks und die Entwicklung neuer Balance-of-Plant-Systeme verantwortlich. Darüber hinaus arbeitet das ZSW gemeinsam mit den anderen Projektpartnern an der Elektrodenentwicklung, der Subsystem-Modularisierung, der Betriebsautomatisierung und der Kosten- und Wertschöpfungsanalyse mit.
Das Projekt ALIGN-CCUS-Projekt vereint 30 Forschungsinstitute und Industrieunternehmen aus fünf Ländern mit dem gemeinsamen Ziel, den schnellen und kosteneffektiven Einsatz von CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung zu unterstützen. Als FuE-Verbundvorhaben mit starker Industriebeteiligung werden alle Bausteine der CCUS-Prozesskette (CCUS: Carbon Capture Usage and Storage) untersucht und in einem ganzheitlichen Ansatz über die Grenzen der Subprozesse hinweg optimiert. Dies umfasst insbesondere auch Fragen zur weiteren Optimierung der CO2-Abtrennung in Anlagentests, öffentlichen Akzeptanz, Kommunikation über CCUS, Lebenszyklusanalysen und die Untersuchung von Umsetzungsoptionen von CCUS in Regionen der beteiligten Mitgliedsstaaten. Für Deutschland wurde hierfür Nordrhein-Westfalen als möglicher Ort für die Umsetzung von CCU ausgewählt. Die CO2-Emisionen lassen sich nur dann deutlich, nachhaltig und gesellschaftlich akzeptabel senken, wenn alle Sektoren - Energie, Industrie und Transport - dazu beitragen. CCU kann dabei einen Sektor-übergreifenden Nutzen entfalten, der über Klimaschutz hinausgeht. Kohlenstoff kann mehrfach genutzt und fossile Energieträger und Rohstoffe substituiert werden. Chemische Langzeitspeicherung bei einem hohen Angebot von Strom aus fluktuierender regenerativer Erzeugung und Spitzenlast- bzw. Backup-Stromerzeugung aus CCU-Kraftstoffen mit hoher Energiedichte stabilisieren bei Engpässen die Stromnetze. CCU-Kraftstoffe sind darüber hinaus als Plattformchemikalien in verschiedenen Wirtschaftszweigen vielfältig anwendbar, insbesondere Methanol, Dimethylether (DME) und Oxymethylenether (OME3-5). Durch die chemischen Eigenschaften von DME / OME3-5 kann insbesondere der NOx / Ruß-Zielkonflikt innermotorischer Verbrennung gelöst werden, woraus sich ein hohes Emissions-Reduktionspotential im Transportsektor ergibt. CCU und Sektorkopplung eröffnen zudem eine Chance, den Transformationsprozess der Strom- und Rohstoffversorgung und des Transportsektors von 'fossil' auf 'erneuerbar' unter Nutzung existierender Infrastruktur gleitend zu gestalten, die Finanzierbarkeit sicherzustellen und Strukturbrüche mit Risiken für die Versorgungssicherheit zu vermeiden. Als Teilprojekt von ALIGN-CCUS wird eine CCU-Demonstrationsanlage gebaut und die Nutzung des CCU-Produktes Dimethylether (DME) als emissionsarmer Treibstoff für die Stromerzeugung und als Rohstoff für den Transportsektor realisiert.
Der Antragsteller beabsichtigt die Erprobung und den Demonstrationsbetrieb eines Festkörperspeichers für Wasserstoff auf der Basis von Magnesiumhydrid. Der Speicher soll in eine Wind-Wasserstoffproduktionsanlage am Leuchtturmvorhaben H2-BER eingebunden werden und als Pufferspeicher für das nachgeschaltete BHKW dienen. Ziele: Demonstration der technischen Machbarkeit anhand einer Referenzanlage, Sammlung von Erfahrungswerten und Validierung der Leistungsdaten, Realisierung von Verbesserungspotentialen, Demonstration der Leistungsfähigkeit der Technologie, Verknüpfung der Zukunftstechnologien erneuerbare Energien, Wasserstoffherstellung und Wasserstoffspeicherung. Zudem soll in einer technischen Studie die potenzielle thermische Anbindung des Feststoffspeichers an das BHKW evaluiert und simuliert werden. Integration eines Festkörperspeichers mit einer Kapazität von 100 kg Wasserstoff in die Wind-Wasserstoff-Produktionsanlage am Flughafen BER. Lieferung und Installation des Speichers. Demonstrationsbetrieb über einen Zeitraum von 32 Monaten inkl. begleitender technischer und wirtschaftlicher Validierung.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung dieser Metall-Metallsalz-Verbünde. Salze ermöglichen mit Wasserdampf, Ammoniak oder Alkoholen die Nutzung verschiedener Gas-Feststoff-Reaktionen, die sich für Anwendungen in Wärmepumpen, Kältemaschinen oder thermochemischen Speichern im Niedertemperaturbereich eignen. Das Ziel ist die Erzeugung von reaktiven Salzschichten auf porösen metallischen Schaum- oder Faserstrukturen. Hierzu sollen unterschiedliche Synthesepfade und deren Einfluss auf die Eigenschaften und Haftung der Salzschichten untersucht werden. Die hergestellten Verbundmaterialien werden anschließend experimentell charakterisiert, um Aussagen zu den Wärmeleiteigenschaften, zur Kinetik der Reaktions- bzw. Adsorptionsvorgänge und zur erreichbaren Leistungs- und Speicherdichte zu treffen. Anhand der Ergebnisse sollen Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet und ein Simulationsmodell zur Auslegung von Adsorber-Wärmeübertragern auf Basis der neuen Verbundmaterialien erstellt werden.
Das Ziel des Projekts ist die partielle Spaltung von Kohlendioxid mittels elektrischer Energie. Dazu wird in diesem Projekt ein Plasma- mit einem Separationsprozess gekoppelt. Im Plasmaprozess dissoziiert CO2 zu den Reaktionsprodukten Kohlenmonoxid (CO) und atomarer Sauerstoff (O). Der Sauerstoff wird in einem adaptierten Separationsprozess mittels einer Keramikmembran abgetrennt. In der Verantwortung des Teilvorhabens der MUEGGE GmbH liegt das Arbeitspaket AP3. In AP3.1 werden die Spezifikationen der Plasmaquelle, des Mikrowellensenders und der Leistungsversorgung festgelegt. Im Speziellen geht es darum, dabei Strategien zu erarbeiten, mehrere Plasmaquellen individuell zuschaltbar zu gestalten oder in einen Regelkreis einzubinden, da bei einer zukünftigen Anwendung des Dissoziationsprozesses von CO2 zu CO und O mit adaptiertem Separationsprozess des Sauerstoffs Strom aus regenerativen Quelle zum Einsatz kommen soll, und es sich bei der Netzleistung somit um eine fluktuierende Eingangsgröße handelt. Bei der Optimierung des Quellenbetriebs in AP3.2 wird auf einen sicheren Zündvorgang und eine getaktete oder geregelte Betriebsweise hingearbeitet, da die Atmosphärendruckplasmaquelle nur bei Energieüberschuss betrieben werden soll. Dies soll insbesondere durch Simulationen des Mikrowellenplasmas effizient umgesetzt werden, wobei die Ergebnisse dieser Simulationen direkt in die Quellengeometrie einfließen. Die dabei in AP3.2 entwickelten Regelkreise der Netzteiltechnik für die Steuerung der Zündvorgänge und der getakteten oder geregelten Betriebsweise des Atmosphärendruckplasmas werden schließlich in AP3.3 beim Aufbau einer gepulsten Energieversorgung hardwaretechnisch umgesetzt. Entscheidend ist dabei die Entwicklung der speziellen Halbleiternetzteile, die es schließlich ermöglichen, das Atmosphärendruckplasma mit Kurzzeitpulsen zu betreiben und so die Effizienz des Plasmaprozesses zu erhöhen.
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| Förderprogramm | 72 |
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