Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle in Bezug auf die angestrebte Energiewende. Im Forschungsprojekt SolidScore wird mit Hilfe der innovativen Biowasserstofftechnologie das vorhandene Spektrum der bisher zur biologischen Wasserstofferzeugung genutzten wässrigen Ausgangssubstrate erweitert. Vor diesem Hintergrund wird untersucht, inwieweit sich Reststoffe, wie zum Beispiel Bioabfälle und landwirtschaftliche bzw. pflanzliche Reststoffe, mit einem Trockenrückstand (TR) größer als 10 % eignen. Das grundlegende Prinzip ist die dunkle Fermentation. Herkömmliche Verfahren wie die Hochtemperatur-Elektrolyse oder die Dampfreformierung sind sehr energieintensiv und verwenden zumeist fossile Brennstoffe. Die biologische Wasserstofferzeugung mit Rest- und Abfallstoffen ist klimafreundlich und CO2-neutral. Im Vergleich zu den anderen biologischen Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die dunkle Fermentation technologisch am weitesten fortgeschritten. Es ist ein anaerobes Verfahren, bei dem organische Substrate unter Abwesenheit von Licht zu Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie flüchtigen organischen Säuren (FOS) abgebaut werden. Versuche zeigten, dass vor allem Abwasser aus der Nahrungsmittelindustrie für die Biowasserstofferzeugung geeignet sind. Gleichzeitig konnten aber auch Limitierungen der einsetzbaren Substrate aufgezeigt werden. Das Projekt SolidScore hat das Ziel, das Reststoffspektrum der verwendbaren Substrate und somit die Einsetzbarkeit des Verfahrens deutlich zu erweitern. Darüber hinaus führt die Implementierung der dunklen Fermentation in Bioenergieanlagen zu einer Steigerung der Gesamteffizienz. Am Beispiel der Vergärung von Kohlenhydraten kann durch das im Antrag beschriebene 2-stufige Verfahren eine Gesamteffizienzsteigerung erzielt werden. Zusätzlich werden im Rahmen des Projektes Konzepte zur weiteren Verwendung des so erzeugten Wasserstoffs erstellt. Dies beinhaltet zum Beispiel auch die innerbetriebliche Nutzung des Wasserstoffs.
JenErgieReal versteht sich als 'Blaupause' für die zukünftig ganzheitliche Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie sowie der Integration der Mobilität als Bindeglied. Dabei werden die Haupttreiber des Energieverbrauchs Verkehr, Industrie, Gewerbe und Wohnen sektorenübergreifend betrachtet. JenErgieReal wird als Reallabor der Energiewende die für die deutsche Energiepolitik wesentlichen systemischen Herausforderungen in einem klar umrissenen Großvorhaben exemplarisch angehen und die Rolle der Infrastrukturbetreiber im Energiewendeprozess verdeutlichen. JenErgieReal hat Pioniercharakter für die Transformation des Energiesystems und widmet sich Forschungsfragestellungen, die eine Schlüsselrolle bei der Umsetzung der Energiewende einnehmen. Die Demonstration der Ergebnisse erfolgt als Reallabor in der Stadt Jena. Das primäre Ziel des Teilprojektes 3 (TP 3) im Verbundprojekt JenErgieReal liegt in der Umsetzung der mit den Projektpartnern entwickelten wissenschaftlichen und technischen (Wohn-) Quartierspeicherlösungen, ausgehend von der kleinsten Zelle Wohnung zum smarten Quartier. Durch den Einsatz von Smart-Home-Komponenten werden die Wohnungen Teil des Virtuellen Kraftwerkes. Es sollen neue Prozesse und Formen des Zusammenlebens für eine Verbesserung der Lebensqualität und attraktiven Lebensraumgestaltung entwickelt und erprobt werden. Das Wohnen soll einfacher und angenehm erlebbar und ein langes (eigenständiges) Wohnen durch smarte Anwendungen ermöglicht werden. Somit soll nachhaltig die Wohn- und Lebensqualität der Bewohner verbessert, eine Senkung der Betriebskosten durch die Reduzierung der Stromverbräuche, z.B. Photovoltaik am Gebäude (Mieterstrom) und der Heizkosten sowie eine zukunftssichere Ausstattung der Wohnungen und nachhaltige Immobilienbewirtschaftung unter Berücksichtigung von sozialen, technischen, ökonomischen und ökologischen (CO2-Einsparung) Parametern erreicht werden.
Gasturbinen für den flexiblen Einsatz zur Stromerzeugung aus synthetischen Brennstoffen werden kleine, robuste Einheiten mit kompakten Radialverdichtern sein. Ein Ziel des Teilvorhabens ist die Verifizierung des Designs einer Radialverdichterstufe mit erweitertem Arbeitsbereich mit transsonischen Zuströmbedingungen. Die hohen Machzahlen im Gehäusebereich des Laufradschaufeleintritts sind die Folge von hochbelasteten Stufen, die bei hohen Drehzahlen einen großen Arbeitseintrag liefern sollen. Ein Gleichdrall in der Zuströmung zum Rotor reduziert die relative Machzahl und damit auch die Stoßverluste im Rotor, senkt aber gleichzeitig den Arbeitseintrag ab, wenn nicht die Umlenkung der Strömung im Rotor oder der Austrittsradius angepasst wird. Passend zu einer bestehenden Stufe ohne Vordrall soll eine Stufe mit Vordrall und gleichem Arbeitseintrag untersucht werden, um durch die reduzierten relativen Machzahlen einen hohen Wirkungsgrad und einen breiten Arbeitsbereich zu erzielen. Hochtemperatur-Thermalfarbverfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Bauteiltemperaturen in hochbelasteten Turbinenkomponenten sind ein wichtiges Validierungselement der numerischen Auslegungswerkzeuge. Derzeit werden die Temperaturumschlaglinien aufwändig händisch gelesen und ausgewertet. Zusammen mit der TU Dresden (AP1.3) soll das Postprocessing der Thermalfarben-Analysen mittels farbiger digitaler Zwillinge verbessert werden. Der automatisierte Prozess wird zu einer signifikanten Zeitersparnis führen. Weiterhin ermöglicht die durchgängige Digitalisierung des Prozesses die Erstellung einer digitalen 'Bibliothek' von Thermalfarbkomponenten und bildet das Fundament für die Anwendung von Methoden der Künstlichen Intelligenz zur Verbesserung der Auswertung von Temperaturumschlagslinien.
Grundlastfähige Energie- und Wärmegewinnung aus erneuerbaren Ressourcen ist entscheidend für ein zeitnahes Erreichen der globalen Klimaziele. Die Tiefengeothermie kann sowohl Wärme als auch Strom unabhängig von Wetterbedingungen liefern und spielt somit eine Schlüsselrolle beim Vorantreiben der grünen Energiewende. Die Hauptfaktoren, die ein schnelleres Wachstum des Sektors der tiefen Geothermie verzögern, sind lange Amortisationszeiten und hohe sozioökonomische Risiken im Zusammenhang mit dem möglichen Auftreten von induzierter Seismizität. Um diese Risiken zu verringern, müssen geologische Unsicherheiten und die Gefahr von induzierter Seismizität minimiert werden. In diesem Projekt schlagen wir eine vollumfängliche seismotektonische Studie vor, die unter Verwendung von modernsten seismologischen und geomechanischen Arbeitsabläufen und Methoden neue Strategien zur Bewertung der seismischen Gefahren vor dem Betriebsbeginn entwickelt. Mit kontinuierlichen Daten der Bodenbewegungen, einem detaillierten Erdbebenkatalog, Bohrprotokollen, hydrogeologischen und gesteinsphysikalischen Parametern können wir verschiedenste Aspekte potentieller geothermischer Reservoirs quantifizieren und unter realistischen Bedingungen modellieren. Diese Untergrundmodelle erlauben anschließend Langzeitsimulationen der Spannungsveränderungen und Simulationen der seismischen Wellenausbreitung. Mit den entwickelten Arbeitsabläufen demonstrieren wir fiktive geothermische Standorte in der Niederrheinischen Bucht. Durch optimierte Standortauswahl auf Basis von probabilistischen Untergrundmodellen kann die Gefahr von induzierter Seismizität grundsätzlich reduziert werden. Die Ergebnisse dieses Projekts werden Investitionen in den Geothermiesektor auslösen und somit den Geothermiemarkt in Deutschland stärken und eine schnellere Expansion ermöglichen. Diese Entwicklung ist notwendig, um die von der Generalversammlung der Vereinten Nationen in der Agenda 2030 festgelegten Energieziele zu erreichen.