Mit der angestrebten schrittweisen Kraftstofftransformation ('Fuel-Switch') von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen wie z.B. grünem Wasserstoff werden in Zukunft unterschiedliche Gasgemische im Gasnetz vorliegen. Im Rahmen des Projekts 'HydroFit' sollen Gasmotoren in KWK-Anlagen für diesen 'Fuel-Switch' ertüchtigt werden. Dabei werden neben zukünftigen Motoren, auch insbesondere Bestandsanlagen adressiert, die durch HydroFit leistungstechnisch optimiert werden. Um die Motoren in Zukunft nachhaltig, effizient und emissionsarm betreiben zu können, bedarf es geeigneter Anpassungen in Hard- und Software. Hierfür wird ein adaptives System entwickelt, das es ermöglicht, Gasmotoren unabhängig von der aktuellen Kraftstoffzusammensetzung im Versorgungsnetz zu betreiben. Das System kann dabei auf zeitlich sich ändernde Gaszusammensetzung reagieren, ohne dass Umbauten am Motor durchgeführt werden müssen. Dies ist insbesondere für die Übergangsphase der schrittweisen Einführung von der Wasserstoffbeimengung bis zur reinen Wasserstoffbereitstellung von Bedeutung. Zusätzlich wird HydroFit konstruktiv so gestaltet, dass bereits im Betrieb befindliche Anlagen wirtschaftlich ohne Änderungen am Grundmotor nachgerüstet werden können. Um die Funktionalität des Konzepts sicherzustellen, soll nach der Entwicklung eines Prototypsystems, dieses zunächst im Labor getestet werden. In einer weiteren Ausbaustufe erfolgt die Erprobung an einem Versuchsmotor im Feld. Mit dem vollständigen Umstieg auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Kraftstoffe können Gasmotoren-BHKW nicht nur als Brückentechnologie in der Energiewende dienen, sondern auch langfristig für die Dekarbonisierung der Wärme- und Stromerzeugung sorgen. Mit dem in diesem Vorhaben geplanten adaptiven System bleiben sie dabei sehr flexibel und können im Gegensatz zu alternativen Technologien (wie z.B. der Brennstoffzelle) unabhängig von der Kraftstoffzusammensetzung, insbesondere der Reinheit des Wasserstoffs, betrieben werden.
Mit der angestrebten schrittweisen Kraftstofftransformation ('Fuel-Switch') von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen wie z.B. grünem Wasserstoff werden in Zukunft unterschiedliche Gasgemische im Gasnetz vorliegen. Im Rahmen des Projekts 'HydroFit' sollen Gasmotoren in KWK-Anlagen für diesen 'Fuel-Switch' ertüchtigt werden. Dabei werden neben zukünftigen Motoren, auch insbesondere Bestandsanlagen adressiert, die durch HydroFit leistungstechnisch optimiert werden. Um die Motoren in Zukunft nachhaltig, effizient und emissionsarm betreiben zu können, bedarf es geeigneter Anpassungen in Hard- und Software. Hierfür wird ein adaptives System entwickelt, das es ermöglicht, Gasmotoren unabhängig von der aktuellen Kraftstoffzusammensetzung im Versorgungsnetz zu betreiben. Das System kann dabei auf zeitlich sich ändernde Gaszusammensetzung reagieren, ohne dass Umbauten am Motor durchgeführt werden müssen. Dies ist insbesondere für die Übergangsphase der schrittweisen Einführung von der Wasserstoffbeimengung bis zur reinen Wasserstoffbereitstellung von Bedeutung. Zusätzlich wird HydroFit konstruktiv so gestaltet, dass bereits im Betrieb befindende Anlagen wirtschaftlich ohne Änderungen am Grundmotor nachgerüstet werden können. Um die Funktionalität des Konzepts sicherzustellen, soll nach der Entwicklung eines Prototypsystems, dieses zunächst im Labor getestet werden. In einer weiteren Ausbaustufe erfolgt die Erprobung an einem Versuchsmotor im Feld. Mit dem vollständigen Umstieg auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Kraftstoffe können Gasmotoren-BHKW nicht nur als Brückentechnologie in der Energiewende dienen, sondern auch langfristig für die Dekarbonisierung der Wärme- und Stromerzeugung sorgen. Mit dem in diesem Vorhaben geplanten adaptiven System bleiben sie dabei sehr flexibel und können im Gegensatz zu alternativen Technologien (wie z.B. der Brennstoffzelle) unabhängig von der Kraftstoffzusammensetzung, insbesondere der Reinheit des Wasserstoffs, betrieben werden.
Bestandsfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren werden zukünftig, selbst bei hohen Neuzulassungsanteilen von E-Fahrzeugen in Deutschland (DE), der EU und global, relevante Mengen an Kraftstoffen benötigen. Für DE und mit geringerer Genauigkeit auch für die EU ist zu untersuchen, wie sich der Verbrennerbestand an Pkw und Nutzfahrzeugen und deren Fahrleistung angesichts des Flottenzielwerts von 0g in 2035 für Pkw und leichte Nutzfahrzeuge sowie der CO2-Bepreisung im zeitlichen Verlauf entwickeln wird. Darüber hinaus sollen Maßnahmen und Instrumente identifiziert und quantifiziert werden, die geeignet sind um die Umstellung des Bestandes auf E-Fahrzeuge zu beschleunigen können. Es ist zu untersuchen, inwieweit es zu einem temporär größeren Neuzulassungsbedarf von E-Fahrzeugen kommen kann, wenn auch typische Gebrauchtfahrzeugkäufer*innen stärker auf ein neues E-Fahrzeug wechseln wollen. Aus der EU exportierte Verbrenner könnten die Erreichung der globalen Klimaziele gefährden. Diesbezüglich ist geplant, unter Berücksichtigung der Literatur zu untersuchen, ob bzw. unter welchen Rahmenbedingungen zur Erreichung der Klimaziele in ausgewählten globalen Regionen (Afrika, Südamerika) und dort charakteristischen Ländern in Fallstudien Elektrofahrzeuge in notwendiger Schnelligkeit eingeführt werden können oder ob bzw. unter welchen Konstellationen in diesen E-Fuels notwendig werden könnten . Hierzu sind Ökologische Wirkungen, Kosten und Folgewirkungen zu betrachten.
Gastrennmembranen stellen eine Querschnittstechnologie für die Energiewende dar. Sie erlauben es, eine modular skalierbare und dynamisch betreibbare Gastrenntechnologie an verschiedenste Anlagentypen und -größen anzupassen und dabei durch die unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Membranmaterialien zahlreiche Trennaufgaben zu adressieren. Aus diesem Grunde sind sie bestmöglich geeignet, unterschiedliche Industrie- und Energieerzeugungssegmente im Sinne der Sektorkopplung zu verbinden. Dieser Querschnittsgedanke wird im geplanten Vorhaben MemKoWI durch die Untersuchung von Membranverfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus verschiedenen, in der Industrie und der regenerativen Energieerzeugung auftretenden Abgas- und Prozessgasströmen verfolgt. Beide Gaskomponenten, CO2 und H2, stellen im Kontext der Energie- und Rohstoffwende Einsatzstoffe für die Erzeugung von Energieträgern und industriellen Grundstoffen mittels Power-to-X Verfahren dar. Im geplanten Vorhaben sollen dazu exemplarisch relevante Abgas- und Prozessgasströme folgender ausgewählter Industrieprozesse betrachtet werden: - Regenerative Energieerzeugung: Frischholzkraftwerk CO2-Abtrennung aus dem Abgas. - Zementindustrie: CO2-Abtrennung aus dem Abgas. - Eisen- und Stahlindustrie o Gichtgaskraftwerk: CO2-Abtrennung aus dem Abgas o Hochofengas: CO2-Abtrennung und Aufbereitung für anschl. Synthesegasherstellung o Hochofengas: H2-Abtrennung und prozessinterne Rückführung als Reduktionsmittel o Koksofengas: H2-Abtrennung zur Aktivierung von CO2 für die Erzeugung von Grundchemikalien und Kraftstoffen sowie zur Nutzung als Reduktionsgas im Hochofen und Direktreduktion. Der Fokus des Vorhabens liegt auf der experimentellen Untersuchung des Gastrennverfahrens im Miniplant- und Testanlagenmaßstab. Dabei sollen ein- und zweistufige Verfahrensführungen getestet werden. Begleitet werden sollen die experimentellen Aktivitäten durch theoretische Arbeiten zur Modellierung und Simulation der Trennverfahren.
Der Verkehr befindet sich im Spannungsfeld zwischen EU-weit einheitlichen Regelungen bspw. zur Nutzung erneuerbarer Energien (RED II-Novelle), die durch nationale Instrumente erreicht werden müssen, und den Nachhaltigkeitsanforderungen sowie Akzeptanzprobleme in der Bevölkerung, die bei gleichzeitig großem Transformationsdruck Hemmnisse für umweltverträglichen Verkehr sind. Im Bereich der Kraftstoffe sind konkrete Schritte zur weiteren Rechtssetzung in Form von delegierten Rechtsakten bspw. zu Nachhaltigkeitsanforderungen absehbar, die national umgesetzt werden müssen. Für diese Umsetzung wird eine konkrete wissenschaftliche und fachliche Unterstützung benötigt. Bei weiteren EU-Instrumenten ergeben sich infolge des unterschiedlichen geografischen Bezugs zusätzlich große Unsicherheiten bezüglich der nationalen Wirkung, falls diese den Binnenmarkt nur als Ganzes betreffen. Auch verschiedene Wechselwirkungen zwischen Maßnahmen und die Konkurrenz zwischen den EU-Staaten erschweren u.a. eine erfolgreiche Maßnahmenbewertung. In der Folge ist die Erreichung sowohl der Ziele im Klimaschutz als auch im Bereich der Luftreinhaltung unklar. Im Vorhaben sind EU-weite und ergänzende nationale Instrumente zu sammeln und standardisiert zu analysieren (qualitativ und quantitativ). Insbesondere sind Wechselwirkungen, Synergien und Zielkonflikte herauszuarbeiten aber auch Felder nicht ausreichend sicherer Zielerreichung (bspw. im Klimaschutz, Beitrag zur Minderung nach NEC-RL) zu identifizieren und konkrete nationale Ergänzungsbedarfe zu erarbeiten. Es ist herauszuarbeiten in welchen Fällen überhaupt mögliche nationale Regulierungen in Übereinstimmung mit dem EU-Recht geschaffen werden können und dies nicht möglich sind. Für den Bereich Kraftstoffe sind detailliertere, teilweise auch ad-hoc Arbeiten mit dem Ziel der Unterstützung der nationalen Umsetzung, vorzusehen.