Natural gas hydrates are non-stoichiometric crystalline compounds containing water and guest molecules such as CH4, C2H6, C3H8, CO2, etc. They are considered as a promising energy resource, a potential geohazard and a contributor to global climate warming. An accurate knowledge of the dissociation behavior of gas hydrates is a necessity for the recovery of natural gas hydrates and the assessment of potential risks of CH4 release from destabilized deposits. To explore the dissociation behavior of gas hydrates, Raman spectroscopy is regarded as a non-destructive and powerful tool. This technique enables to distinguish between guest molecules in the free gas or liquid phase, encased into a clathrate cavity or dissolved in an aqueous phase, therefore providing time-resolved information about the conditions of the guest molecules during the hydrate dissociation process. Experiments were carried out at the Micro-Raman Spectroscopy Laboratory, GFZ. Since the dissociation kinetics of sI hydrates may vary from that of sII hydrates, sI CH4 hydrates, sII binary hydrates and sII multicomponent mixed hydrates were investigated during the experiments. For the in situ Raman measurements, hydrates were synthesized in a high-pressure cell from pure water and the specific continuous gas flow which was the CH4-C3H8 gas mixture for binary hydrates and CH4-C2H6-C3H8-CO2 gas mixture for mixed hydrate system. The p-T condition of the experiment was initially set at 274 K and 7.0 MPa for the sI hydrates whereas 278 K and 3.0 MPa for sII hydrate systems. After the stabilization of the hydrates in the reactor, the temperature of the system was increased one step at a time to mimic global warming and initiate hydrate dissociation. In situ Raman spectroscopic measurements and microscopic observations were applied to record changes in hydrate compositions over the whole dissociation period until the hydrate phase was completely decomposed. Apart from this, hydrates were formed from ice powders and the specific gas/gas mixtures in batch pressure vessels for several weeks. Gas hydrates were recovered and placed into a Linkam cooling stage for further ex situ Raman spectroscopic measurements. Again, the temperature of the stage gradually increased from 168 K onwards to study the dissociation process. In all three hydrate systems, one in situ Raman measurements and at least two repetitions of ex situ Raman measurements (3 repetitions for the CH4 hydrate system) were carried out, therefore resulting in 10 separate experimental tests. This dataset encompasses raw Raman spectra of the 10 experimental tests (4 tests for CH4 hydrates, 3 tests for CH4-C3H8 hydrates and 3 for mixed gas hydrates) which contained Raman shifts and the respective measured intensities. Each Raman spectrum was fitted to Gauss/Lorentz function after an appropriate background correction to estimate the band areas and positions (Raman shift). The Raman band areas were then corrected with wavelength-independent cross-sections factors for each specific component. The concentration of each guest molecule in the hydrate phase was given as mol% in separate spreadsheets for three different hydrate systems as. Further details on the analytical setup, experimental procedures and composition calculation are provided in the following sections.
Das Ziel des Projekts ist die Erzeugung von Kohlenmonoxid (CO) mittels eines neuen technologischen Ansatzes unter Nutzung überschüssiger elektrischer Energie aus regenerativen Quellen (Solar- und Windenergie). Dazu wird in diesem Projekt ein kombinierter Plasma- und Keramikprozess erforscht. In einem Mikrowellenplasma wird Kohlendioxid (CO2) zu den Reaktionsprodukten CO und atomarem Sauerstoff (O) dissoziiert. Der Sauerstoff wird in einem anschließenden Keramikmembranprozess abgetrennt. Das CO kann in die bestehende Gasinfrastruktur eingespeist werden oder es dient als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien, wie Methan, Methanol oder Formaldehyd. Das IGVP ist Projektkoordinator und für den Arbeitspunkt AP1 (Plasmaforschung) verantwortlich. Mit Hilfe der Mikrowellen wird ein freistehendes und elektrodenloses Plasma erzeugt, welches sich durch einfache Leistungsregelung und Skalierbarkeit auszeichnet. Die Versuchsanlage wird als Rohrreaktor geplant und aufgebaut. Dies erfordert die Berechnung der Resonatorgeometrie für eine sichere Zündung des Plasmas sowie die numerische Simulation der Gasströmung für ein optimiertes Gasmanagement. Die Plasmaparameter werden über die optische Emissionsspektroskopie bestimmt und mit der Prozesseffizienz korreliert. Zur Bestimmung der Prozesseffizienz wird sowohl die Konversionsrate CO2 in CO als auch die spezifische Eingangsenergie pro Molekül mit Hilfe der Massenspektrometrie (MS) und der Fourier-Transformations-Absorptionsspektroskopie (FT-IR) ermittelt. Für eine optimierte Prozessführung werden die Nebenreaktionen mit Wasserdampf, Wasserstoff und Stickstoff untersucht. Damit wird das Hauptziel des Projekts, die Entwicklung eines Systems zur Speicherung elektrischer Energie aus regenerativen Quellen, erforscht. Dies trägt dazu bei, die derzeitige Abhängigkeit von fossilen Energiequellen zu reduzieren und damit die Erderwärmung zu stoppen und das Klima langfristig zu stabilisieren. Als Nebeneffekt wird CO2 als alternativer Rohstoff nutzbar gemacht.
Das Ziel des Projektes ist die partielle Spaltung von Kohlendioxid mittels elektrischer Energie. Dazu wird in diesem Projekt ein Plasma- mit einem Membran basierten Trennprozess gekoppelt. Ausgabe des IGBs ist die Entwicklung einer Plasma kompatiblen keramischen Membran für die Abtrennung von Sauerstoff. Die Arbeiten des Projekts PiCK können thematisch in einen Plasma- und einen Membranteil unter gliedert werden. Da die Kopplung der beiden Technologien die wesentliche Innovation des Projektes ist, ist an dieser Schnittstelle eine enge Abstimmung geplant. Mit den Projektpartnern wird die Schnittstelle zwischen Plasma- und Membranprozess definiert. Daraus können Anforderungen an die räumliche Ankopplung der Membran abgeleitet werden. Darauf aufbauend kann ein erstes Anforderungsprofil an die Membran formuliert werden, dass die folgenden Parameter umfassen muss: - Sauerstoffpermeabilität und Platzbedarf - Temperatur-(wechsel-)beständigkeit - Mechanische Stabilität - Chemische Stabilität, insbesondere gegen CO2 und CO. Aus diesem Anforderungsprofil können wiederum Parameter für Materialentwicklung abgeleitet werden. Aus den neuen, beim Projektpartner IMW entwickelten Materialien werden am IGB Membranen gefertigt. Das können einerseits Kapillarmembranen sein, die über einen Phaseninversionsprozess hergestellt werden, oder auch Rohrmembranen, die über einen Beschichtungsprozess zugänglich sind. Die Membranen werden dann umfassend bzgl. der Sauerstoffpermeation, der Temperaturwechselbeständigkeit, der mechanischen Stabilität und der chemischen Stabilität untersucht. Die geeignetsten Membranen werden anschließend aufskaliert und an den Plasmaprozess angekoppelt. Dazu werden geeignete Gehäusematerialien ausgewählt und die Anbindung der Membranen an das Gehäuse wird entwickelt.
Das Ziel des Projekts ist die Erzeugung von Kohlenmonoxid (CO) mittels eines neuen technologischen Ansatzes unter Nutzung überschüssiger elektrischer Energie aus regenerativen Quellen (Solar- und Windenergie). Dazu wird in diesem Projekt ein kombinierter Plasma- und Keramikprozess erforscht. In einem Mikrowellenplasma wird Kohlendioxid (CO2) zu CO und atomarem Sauerstoff (O) zersetzt. Der Sauerstoff wird in einem anschließenden Keramikmembranprozess abgetrennt; das CO kann in die bestehende Gasinfrastruktur eingespeist werden oder dient als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien wie Methan, Methanol oder Formaldehyd. Mit Hilfe der Mikrowellen wird ein freistehendes und elektrodenloses Plasma erzeugt, welches sich durch einfache Leistungsregelung und Skalierbarkeit auszeichnet. Der Keramikprozess basiert auf perowskitischen Hochtemperaturmembranen, die neben einer hohen Sauerstoffpermeabilität eine hohe Toleranz gegenüber CO2 besitzen. Der Arbeitsplan des Projektes beschreibt die thematischen Arbeitspakete (AP). Die Organisation der AP verantwortet jeweils einer der Partner. Die gemeinsamen Versuche zur Evaluierung des Gesamtprozesses sind in einem Arbeitspaket zusammengefasst. Die Koordination des Gesamtprojekts und die Anbindung an das Kopernikus-Projekt P2X übernimmt das IGVP. Das IMW ist für das Arbeitspaket AP2 (Materialentwicklung) verantwortlich. Ein detaillierter Arbeitsplan für das Teilprojekt befindet sich in der Anlage und gliedert sich in folgende Hauptaufgaben: Anhand von Literaturdaten und Simulationsrechnungen werden geeignete, der Parameterdefinition genügende Membranmaterialen ermittelt und optimiert. Anschließend werden die identifizierten Materialien im Labor synthetisiert und hinsichtlich Funktion und Stabilität charakterisiert. Für die vielversprechendsten Materialien wird ein maßstabsvergrößerter Produktionsprozess entwickelt. Schließlich wird die Anbindung der Membraneinheit an den Plasmaprozess untersucht.
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.
Gegenstand des Verbundvorhabens TheSAn sind thermochemische Systeme auf Basis reversibler Gas-Feststoff-Reaktionen zur Aufwertung industrieller Abwärme. Das Teilvorhaben an der Universität Hamburg widmet sich dabei Systemen des Typs Salz-Wasserdampf. Ziel sind Auswahl und Charakterisierung solcher Systeme hinsichtlich geeigneter Reaktionsbedingungen. Durch Modifikation der Reaktionsführung und/oder der Materialien (ggf. durch Additive) soll ihre Optimierung erfolgen. Zunächst werden verschiedene Salze, die im gewünschten Temperaturbereich (bis größer als 200 Grad Celsius) Hydratgleichgewichte aufweisen, als Basissysteme ausgewählt. Für diese Salze werden vollständige Phasendiagramme im relevanten Temperaturbereich aufgestellt und die Reaktionsbedingungen (Temperatur, Wasserdampfpartialdruck) für die thermische Beladung (Dissoziation) und Entladung (Hydratation) werden ermittelt. Die Konstruktion der Phasendiagramme erfolgt mit in der Literatur verfügbaren Daten durch Modellierung. Gegebenenfalls werden zusätzliche Messungen an den Phasengrenzen durchgeführt. Die Reaktionsbedingungen von Dissoziation und Hydratation werden hinsichtlich Kinetik und Zyklierbarkeit optimiert. Dazu werden Reaktoren gebaut, in denen die betreffenden Reaktionen unter kontrollierten Bedingungen von Temperatur und Partialdruck durchgeführt werden können. Dabei werden wichtige Parameter experimentell verfolgt, z.B. Wärmeumsatz (Kalorimetrie), Partikeleigenschaften (Mikroskopie, Sorption) und Phasenneubildungen. Zur Phasenanalyse wird neben der Röntgendiffraktometrie vor allem die In Situ-Raman-Spektroskopie unter Einsatz einer an das Raman-Mikroskop adaptierten Messkammer eingesetzt. Eine Optimierung der Materialien hinsichtlich Reaktionskinetik und Zyklierbarkeit erfolgt durch Additive (Beeinflussung der Schüttung, poröse Träger zur Erhöhung der Dispersität, Hydratgemische etc.). Die optimierten Materialien werden erneut umfassend charakterisiert und den Kooperationspartnern zur Verfügung gestellt.
Since methane is a powerful greenhouse gas, significant releases of methane from instable submarine CH4 clathrates into the atmosphere have been hypothesized as a cause of past and possibly future climate changes (IPCC, 2007). The carbon isotope signature of benthic foraminifers, especially that of Fontbotia wuellerstorfi, has been considered a proxy to detect such clathrate dissociation induced climate changes. However, it has never been experimentally verified to what extent the foraminiferal ä13C signature reflects the release of methane. This is the goal of this project. The necessary experimental preconditions were successfully achieved during the current grant: (1) We established a unique 'high-pressure deep-sea cultivation laboratory' that allows culturing living benthic foraminifers in their original surrounding environment under in-situ (high-pressure) conditions using a newly developed autoclave system. (2) For the first time, this enabled both methane-related high-pressure cultivation experiments and successful reproduction of barophilic F. wuellerstorfi, one of the most important signal-carrier in palaeoceanography. Our future experiments are designed to (1) improve our understanding about the process of ä13C signal transfer from the methane source into the foraminiferal shell; (2) document to what extent the foraminiferal ä13C reflects the biological conversion from the CH4 source into the bottom water, which is measured by the ä13C of the dissolved inorganic carbon; and (3) examine the importance of the food source on the ä13C shell signature.
Wasserstoff und andere Brennstoffe werden voraussichtlich eine wichtige Rolle als Energieträger für den Verkehrssektor und als Energiepuffer für die Integration großer Mengen von erneuerbaren Energien in das Netz spielen. Daher ist es von größter Bedeutung, geringhaltigen Kohlenstoff Technologien für die Produktion von Wasserstoff aus erneuerbaren Energie oder niedrige CO2- Emissionsquellen wie Kernenergie zu einem günstigen Preis zu entwickeln. Es ist der Fall der Wasserelektrolyse, und unter den verschiedenen Technologien bietet die Hochtemperatur Dampfelektrolyse (sog. HTE oder SOE für Festoxid- Elektrolyse ) ein großes Interesse, da weniger Energie erforderlich ist, um Wasser bei hoher Temperatur zu dissoziieren, da der restliche Teil der erforderlichen Dissoziationsenergie als Wärme zu einem niedrigeren Preisniveau hinzugefügt wird. Darüber hinaus Technologien, die die Möglichkeit bieten, nicht nur Energie ohne CO2- Emissionen, zu verwandeln, sondern auch die an anderer Stelle produzierte CO2 zu recyceln, sind selten. Hochtemperatur Co-Elektrolyse bietet eine solche Möglichkeit, durch eine gemeinsame Elektrolyse von CO2 und H2O, um Synthesegas (H2 + CO) zu produzieren, die die Standard- Zwischenprodukt für die spätere Produktion von Methan oder andere gasförmige oder flüssige Brennstoffe nach einem zusätzlichen Verarbeitungsschritt ist. Diese Aspekte werden von der SOPHIA Projekt abgedeckt. A 3 kWe - Druck HTE -System, mit einer konzentrierten Solarenergiequelle gekoppelt, wird entworfen, hergestellt und für den Nachweis des Prinzips betrieben. Zweitens wird das Konzept der Co- Elektrolyse an der Stack-Ebene beweisen, das auch unter Druck betreiben wird. Das Erreichen dieser Ziele braucht wichtigen Entwicklungen, die in SOPHIA angesprochen werden. Ferner identifiziert SOPHIA verschiedene ' Power to Gas '-Szenarien der gesamten Prozesskette (einschließlich Strom, Wärme und CO2-Quellen) für die Entwicklung des technologischen Konzepts und die Valorisierung ihren Endprodukten. Ein Techno -ökonomische Analyse wird für verschiedene identifizierte Fallstudien für die Industrialisierung durchgeführt werden und einer Lebenszyklus-Analyse wird in Bezug auf Umweltaspekte nach Eco-Anzeiger 99 durchgeführt werden.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 30 |
| Wissenschaft | 2 |
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|---|---|
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| unbekannt | 1 |
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|---|---|
| offen | 30 |
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|---|---|
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| Boden | 25 |
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