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Nachhaltiges Brenngas für Industrieprozesse

In der Industrie werden Hochtemperaturprozesse (800 - 2000°C) zur Produktion von Zementklinker, Kalk oder anderen Produkten eingesetzt. In diesen Prozessen wird meist Erdgas oder Kohle für die Erzeugung von Hochtemperaturprozesswärme eingesetzt. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines einsatzfähigen Systems für die Konversion von Klärschlamm und anderen biogenen Rest- und Abfallstoffen in ein Brenngas zur direkten Substitution von fossilen Brennstoffen in Hochtemperaturindustrieprozessen. Im Rahmen von NaBI werden folgende Innovationen erforscht und erprobt, um die spezifischen Anforderungen der Hochtemperaturindustrieprozesse zu erfüllen: (1) Flexibilisierung des Gasifizierungsverfahrens bezüglich der Brennstoffqualität durch Optimierung der Wirbelschichtfluidisierung und damit Ermöglichung der Gasifizierung von Klärschlamm wechselnder Qualität sowie von weiteren Rest- und Abfallstoffen für einen breiten Einsatz des NaBI-Ansatzes. (2) Steigerung des Heizwerts des Brenngases durch Einsatz von Sauerstoff: Dadurch wird in gängigen Hochtemperaturprozessen eine weitaus höhere Substitutionsrate von Primärenergie ermöglicht. (3) Optimierung der Qualität der Klärschlammasche als Rohstoff für die Phosphorrückgewinnung durch Einsatz von Additiven. Damit wird die Attraktivität der Asche für Phosphorrückgewinnung erhöht. (4) Untersuchung und Nachweis des Einsatzes von Infrarot-Kamerasystemen für die Prozessüberwachung und -regelung. Bis 2026 wird die Marktreife für die optimierte Brenngasbereitstellung für Industrieprozesse durch Klärschlammgasifizierung erreicht, sodass die erste kommerzielle Anlage bis 2027 realisiert werden kann.

Isolierung extrem thermophiler, oelabbauender Mikroorganismen und Erforschung der extrazellulaeren Enzyme

Extrem thermophile Mikroorganismen koennen eine Vielzahl von interessanten Enzymen, wie z.B. Lipasen, oelabbauende Enzyme, produzieren. Zur Optimierung des geringen Wachstums dieser Bakterien werden Kultivierungstechniken eingesetzt, die zu besonders hohen Zelldichten fuehren. Der Einfluss verschiedener Parameter auf das Zellwachstum, die Enzymsynthese und die Enzymaktivitaet sollen als Voraussetzung fuer die Isolierung, Reinigung und Charakterisierung der verschiedenen Lipasen untersucht werden. Weiterhin dienen diese Untersuchungen zur Aufklaerung einiger grundlegender Fragen ueber funktionellen Eigenschaften und Stabilitaet oelabbauender Enzyme unter extremen Bedingungen. Resultierend aus den Ergebnissen dieses Projektes sollen die neu isolierten Mikroorganismen bei industriellen Verfahren Anwendung finden und die thermostabilen Lipasen zum oelabbau eingesetzt werden.

Netzwerk zwischen Deutschland und Chile für grünen Wasserstoff und grünes Methanol

Elektrosynthetische Herstellung von Paraffinen aus Tallöl, Teilvorhaben 2: Etablierung von Kolbe-Elektrolyse an TOFA zur Herstellung von Weißölen und Paraffinen

Bioraffineriekonzepte, zu welchen das hier beantragte Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. Ein bereits lange bestehendes Konzept resultiert aus der Zellstoffproduktion. Hierfür werden schon immer biobasierte Produkte eingesetzt. Jedoch werden die Reststoffe der Zellstoffproduktion meist nur energetisch genutzt. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren aber stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit dem hier beschriebenen Projekt erfolgen. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese sollen in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten getestet werden. Am Ende soll ein technischer Elektrosyntheseprozess grundlegend etabliert sein und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt werden. Dazu sollen im Projekt mehrere Teilziele erarbeitet werden.

Auswirkungen von Wasserstoff als Brennstoff auf die Anlagenbetriebsweise und Produktqualität in industriellen Prozessen am Beispiel der Textilveredlung, Teilvorhaben: Umbau d. i. Technologiezentrum bestehenden Spannrahmens auf die n Wasserstoff-Technologie und die Durchführung von Versuchen

Zu den übergeordneten Zielen des Projektvorhabens gehört die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der in Europa erzeugten oder nach Europa importierten Textilien. Die hier geplante Forschung und Entwicklung kann den CO2-Fußabdruck im entscheidenden Maße beeinflussen. Gleichzeitig kann mit der Textilbranche die zweitgrößte Konsumgüterbranche der Welt einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dazu soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Spannrahmentrockner für die Textilveredlung entwickelt werden, der bei Bereitstellung unterschiedlicher Erdgas-Wasserstoff-Gemische - bis hin zu 100% Wasserstoff in der Brenngasversorgung - zuverlässig arbeitet und Produkte mit hoher Qualität herstellt. Im Zentrum des Vorhabens steht mit dem Spannrahmentrockner eine der am häufigsten in der Textilveredlung zum Einsatz kommende Thermomaschine. Hierbei handelt es sich um einen Konvektionstrockner, der nasse Textilien im Anschluss an die Vorbehandlung, Farbgebung, Ausrüstung oder Beschichtung durch Anströmen mit heißer Luft aus einem in der Regel erdgasbetriebenem Brenner trocknet (etwa 150 Grad C Betriebstemperatur) oder aber auch trockene Ware und Spezialausrüstungen (bei Temperaturen größer als 170 Grad C) fixiert oder kondensiert. Die installierte Heizleistung eines durchschnittlichen Spannrahmens von 2 bis 3 MW und die mittlere benötigte Wärmemenge von 3.600 kJ pro kg Ware verdeutlichen den hohen Energiebedarf einer solchen Thermomaschine. Während des Betriebes steht die textile Ware in unmittelbarem Kontakt mit dem Abgas des Brenners.

Feiner Bainitischer Stahl mit TRIP-Effekt zum Presshärten

Elektrosynthetische Herstellung von Paraffinen aus Tallöl, Teilvorhaben 1: Scale-Up und Pilotierung

Bioraffineriekonzepte, zu welchen das hier beantragte Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. Ein bereits lange bestehendes Konzept resultiert aus der Zellstoffproduktion. Hierfür werden schon immer biobasierte Produkte eingesetzt. Jedoch werden die Reststoffe der Zellstoffproduktion meist nur energetisch genutzt. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren aber stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit dem hier beschriebenen Projekt erfolgen. Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen und Paraffinen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese sollen in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten sowie als Verarbeitungshilfsmittel bei Polymeren getestet werden. Am Ende soll ein technischer Elektrosyntheseprozess grundlegend etabliert sein und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt werden. Dazu sollen im Projekt mehrere Teilziele erarbeitet werden.

Neue Technologien für integrierte CSP/PV Hybridkraftwerke (ICPH)

Fraunhofer ISE, Frenell GmbH, John Cockerill / CMI UVK GmbH und BASF New Business GmbH werden im Projekt Hybrid Kraft zur Hybridisierung von solarthermischen Kraftwerken (CSP) und Photovoltaik (PV) mittels Elektroerhitzern neue Technologienentwickeln, die zum Ausbau dieser Art von Kraftwerken beitragen werden. Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung eines Elektroerhitzers für Salzschmelze, der sich für den Einsatz in Großkraftwerken eignet. Zu diesem Zweck wird ein Elektroerhitzer mit einer Leistung von 1 MW entworfen, hergestellt und in einer Testschleife mit Salzschmelze als Wärmeträgermedium getestet. Auf der Grundlage des Designkonzepts des Prototyps, der Testergebnisse und der Simulationsstudien wird ein Design für Elektroerhitzer mit großen Kapazitäten entworfen. Anschließend werden die erwartete Steigerung der Systemeffizienz, der Flexibilität und der technisch-wirtschaftlichen Gesamtleistung eines integrierten CSP/PV-Hybridkraftwerks (ICPH) durch den Einsatz des entwickelten Elektroerhitzers untersucht. Während in anderen industriellen Prozessen kleinere Erhitzer bereits eingesetzt werden, ist ein kostengünstiger und leistungsstarker Elektroerhitzer, der für ICPH-Kraftwerke von 50-100 MW benötigt wird, noch nicht verfügbar. Dieser modulare Elektroerhitzer im Nutzmaßstab wird in den Bereichen optimierte mechanische Stabilität und Strömungsführung, verbesserte Anschlussfähigkeit an die Strominfrastruktur, Einspeisekompatibilität von PV-Stromquellen und ein erhöhtes Betriebsspannungsniveau zur Verringerung des Bedarfs an teuren Spannungstransformatorenevaluiert werden. Mit diesen Bewertungen können weitere Optimierungen von ICPH-Anlagen in den Bereichen Betriebsbedingungen, wirtschaftliche Empfindlichkeit und Vereinfachung der Anlage durchgeführt werden.

Turbomaschinen für Hydrogen Technologien, Teilvorhaben: 1.4b, 2.1, 2.3b und 4.6d

Dieses Vorhaben adressiert als Bestandteil des Verbundvorhabens 'TurboHyTec - Turbomaschinen für Hydrogen-Technologien' wesentliche technologische Fragestellungen von Turbomaschinen, die eine Schlüsselstellung zu einer nachhaltigen Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien einnehmen. Turbomaschinen sind Kernelemente in vielen Energiespeichersystemen und Industrieprozessen und finden auch Verwendung in Prozessen zur Erzeugung synthetischer grüner Brennstoffe. Wasserstofftechnologien sind ein zentraler Baustein für das Gelingen der Energiewende. Nachhaltig hergestellter Wasserstoff ist ein umweltschonender Energieträger, der zur Speicherung von überschüssiger erneuerbarer Energie eingesetzt werden kann. Voraussetzung für den weiteren Ausbau der erneuerbaren Energien ist eine deutliche Ausweitung der Speicherkapazitäten basierend auf neuartigen Speichertechnologien. Unter verstärkter Digitalisierung und Virtualisierung sind sowohl für die Speicherung als auch die Verteilung geeignete Verdichtungs- und Expansionsaggregate zu entwickeln. Das Vorhaben widmet sich drei thematisch übergeordneten Themen zur Entwicklung von Turbokomponenten für Anwendungen im Rahmen der Energiewende. Für die Realisierung einer wasserstoffbasierten Energieinfrastruktur wird im HAP 'Wasserstoff-Anwendungen' eine aerodynamische Bewertungsfähigkeit von Radialverdichtervoluten für die Luftversorgung von Brennstoffzellen erarbeitet (AP 1.4b). Im HAP 'Energiespeicher' erfolgt zum einen eine Modellanalyse für ein elektro-thermisches Energiespeichersystem für die zukünftige Sektorenkopplung und Ausgleich der Volatilität regenerativer Stromgewinnung (AP 2.1). Zum anderen wird ein transsonischer Radialverdichter für Anwendungen in zukünftigen dekarbonisierten Energiewandlungsprozessen optimal ausgelegt (AP 2.3b). Im HAP 'Digitalisierung' werden hochgenaue skalenauflösende Strömungssimulation für einen virtuellen Kaskadenprüfstand im Rahmen der Produktauslegung qualifiziert (AP 4.6d).

Auswirkungen von Wasserstoff als Brennstoff auf die Anlagenbetriebsweise und Produktqualität in industriellen Prozessen am Beispiel der Textilveredlung

Zu den übergeordneten Zielen des Projektvorhabens gehört die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks der in Europa erzeugten oder nach Europa importierten Textilien. Die hier geplante Forschung und Entwicklung kann den CO2-Fußabdruck im entscheidenden Maße beeinflussen. Gleichzeitig kann mit der Textilbranche die zweitgrößte Konsumgüterbranche der Welt einen wesentlichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Dazu soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein Spannrahmentrockner für die Textilveredlung entwickelt werden, der bei Bereitstellung unterschiedlicher Erdgas-Wasserstoff-Gemische - bis hin zu 100% Wasserstoff in der Brenngasversorgung - zuverlässig arbeitet und Produkte mit hoher Qualität herstellt. Im Zentrum des Vorhabens steht mit dem Spannrahmentrockner eine der am häufigsten in der Textilveredlung zum Einsatz kommende Thermomaschine. Hierbei handelt es sich um einen Konvektionstrockner, der nasse Textilien im Anschluss an die Vorbehandlung, Farbgebung, Ausrüstung oder Beschichtung durch Anströmen mit heißer Luft aus einem in der Regel erdgasbetriebenem Brenner trocknet (etwa 150 Grad C Betriebstemperatur) oder aber auch trockene Ware und Spezialausrüstungen (bei Temperaturen größer als 170 Grad C) fixiert oder kondensiert. Die installierte Heizleistung eines durchschnittlichen Spannrahmens von 2 bis 3 MW und die mittlere benötigte Wärmemenge von 3.600 kJ pro kg Ware verdeutlichen den hohen Energiebedarf einer solchen Thermomaschine. Während des Betriebes steht die textile Ware in unmittelbarem Kontakt mit dem Abgas des Brenners.

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