Das Projekt zielt darauf ab, einen innovativen Gassensensor zur Messung verschiedener Gasqualitätsparameter in Wasserstoff/Erdgas-Gemischen zu entwickeln und praktisch im Gasnetz zu testen. Dazu sind mehrere Prototypen erforderlich die dem späteren Serienprodukt, hinsichtlich der Messeigenschaften möglichst nahekommen. In einer Übergangsphase bis ca. 2040 wird nicht ausreichend H2 für eine komplette H2-Umstellung der Gasversorgung zur Verfügung stehen. Neben reinen, lokalen H2-Netzen werden H2/Erdgas-Gemische hergestellt werden. Der Wasserstoff soll dem Erdgas zugemischt werden und kann somit auf die vorhandenen Gas-Infrastruktur zurückgreifen. Derzeitig werden Konzentrationen von bis zu 20 Vol.-% H2 im Erdgas diskutiert, die in den nächsten Jahren im Netz erreicht werden sollen. Das ist messtechnisch zu kontrollieren. Der Projektpartner Wi.Tec Sensorik GmbH entwickelt eine entsprechende Sensortechnik, die auf Basis der H2-Konzentrationsmessung weitere notwendige Gas-Beschaffenheitsparameter ermittelt (Brennwert, Dichte etc.). Die Aufgabe des DBI besteht in der Prüfung des Gerätes im Labor, der Validierung der Messergebnisse und der Berechnungen sowie der Durchführung von Gerätetests im realen Feld, d.h. im Gasnetz und bei weiteren potenziellen Abnehmern, den Gaskunden. Der Vergleich erfolgt mittels bei Antragsteller vorhandener aufwändiger Messtechnik (Gaschromatographen), das Prüflabor ist für Messungen von Gasgemischen akkreditiert.
Im Zuge der Energiewende findet ein Übergang von wenigen Kraftwerken mit gleichmäßiger Energieerzeugung hin zu zahlreichen Kraftwerken mit variabler Energieerzeugung. Dieser Wandel stellt neue Herausforderungen an die Netzregulierung und -überwachung. Im Verbundvorhaben 'TrafoMOF' wird aus diesem Grund ein faseroptischer Gassensor auf Basis von Metal Organic Frameworks (kurz: MOFs) entwickelt. Zielanwendung für diesen Sensor ist die 'Dissolved Gas Analysis' (kurz: DGA) in Isoliermedien von Hochspannungsanlagen. Die Alterung der Isoliermedien ist die Hauptursache für Ausfälle von Hochspannungsanlagen. Durch die Detektion von Zersetzungsprodukten der Isoliermedien kann eine Aussage über den Fortschritt der Alterung getroffen und damit die Betriebsfähigkeit der Hochspannungsanlage beurteilt werden. Im Fokus der Analysen stehen die Zersetzungsprodukte Methan, Ethan, Ethen, Ethin, Wasserstoff, Methanol, Kohlendioxid und die Stoffgruppe der Furane. Durch den Einsatz MOFs ist es möglich sensorische Dünnschichten zu erzeugen, die hochgradig selektiv auf jeweils eines der zu analysierenden Zersetzungsprodukte ansprechen. Bei den MOFs handelt es sich um eine vielfältige Gruppe mikroporöser Stoffe, die andere Moleküle in ihre Mikroporen einlagern. Hierdurch ändern sich die Stoffeigenschaften der MOFs, was genutzt wird, um die Lichtführungseigenschaften von Glasfasern zu modulieren. Diese Sensortechnik erreicht einen neuen Stand der Technik im Feld der Sensorik für Hochspannungsanlagen. Durch die generierten Messergebnisse werden neue Möglichkeiten für Netzregulierung und -überwachung geschaffen.
Spätestens seit der Verkündung der nationalen Wasserstoffstrategie im Jahr 2020 spielt die Produktion und Verwendung von Grünem Wasserstoff in der deutschen und auch in der europäischen Energiewende eine bedeutende Rolle. Durch Grünen Wasserstoff wird die Sektorenkopplung ermöglicht und Grüner Strom kann für lange Zeiträume gespeichert werden. Die notwendigen Komponenten der Technologie, von der Erzeugung von Grünem Wasserstoff über den Transport bis hin zur Rückumwandlung in andere Energieformen, sind am Markt erprobt und werden aktuell skaliert. Somit können die Mengen an Wasserstoff, die für die kommenden Jahre benötigt werden (je nach Studie 4 TWh bei 1 GW installierter Elektrolyseleistung bis zu 20 TWh bei 5 GW installierter Elektrolyseleistung bis 2030) zumindest in Teilen in Deutschland selbst produziert werden. Bei der Skalierung der Anlagen kommen zwei Ansätze in Frage: Einerseits werden einzelne Anlagen größer, andererseits wird die Anzahl kleiner und mittelgroßer Anlagen erhöht. Grundsätzlich wird die Skalierung in beiden Dimensionen benötigt werden, um die enorme Nachfrage nach Grünem Wasserstoff bedienen zu können. Dieses Vorhaben fokussiert hierbei auf die skalierbare Auslegung und Produktion kleiner bis mittelgroßer Anlagen. So ist es das Ziel des Vorhabens, ein Konzept zu entwickeln, anhand dessen Elektrolyseure im Leistungsbereich von 500 kW bis 5 MW in eine regionale Energieversorgung eingebracht werden können. Hierbei gilt es, die entstehenden Stoffströme integriert zu betrachten, um so dezentrale und nachhaltige Wasserstoffkonzepte in die Realität zu überführen. Um dieses Konzept skalierbar zu entwickeln und an weiteren Standorten ausrollen zu können, muss ein grundsätzliches Vorgehen entwickelt werden, anhand dessen eine modularisierbare Anlage auf den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt werden kann.
Im Juni 2020 hat sich die deutsche Bundesregierung zur zentralen Bedeutung des Wasserstoffs für die Erreichung der Klimaziele bekannt. Mit dem Energieträger Wasserstoff kann die Senkung der CO2-Emissionen laut der NOW GmbH um 55% bis 2030 bzw. bis zu 95% bis 2050 in allen Energie-Verbrauchsbereichen gelingen. Projektziel ist die Entwicklung einer Prozesskette zur hochratenfähigen Produktion von CCM und MEA für die Brennstoffzellenherstellung. Der primäre Fokus des Projekts liegt in der Entwicklung von hochgetakteten Prozessen und Betriebsmitteln zur Herstellung von CCMs im Rolle-zu-Rolle-Prinzip mit integrierter Qualitätsüberwachung und Reparaturkonzept. Des Weiteren soll ein entsprechendes, eben-falls hochratenfähiges Fertigungskonzept für die Assemblierung der MEAs von der Rolle entwickelt werden. Der sekundäre Fokus des Projektes liegt in der Konzeptentwicklung für die hochratenfähige Weiterverarbeitung der MEAs in Form des Stackings, welcher die Sicherstellung der Verwertungspotentiale gewährleisten soll. Basis für die Entwicklungen ist ein vorhandenes MEA-, BPP- sowie Brenn-stoffzellendesign der Fraunhofer-Institute ENAS und IWU, welches dem Projektkonsortium im Rahmen des Projekts zur Verfügung gestellt wird. Dieses soll im Projektverlauf angepasst und im Einklang mit den zu entwickelnden Fertigungsprozessen eine entsprechende Designrichtlinie für MEAs abgeleitet werden, um große Stückzahlen prozesssicher produzieren zu können.
Im Zuge der Energiewende findet ein Übergang von wenigen Kraftwerken mit gleichmäßiger Energieerzeugung hin zu zahlreichen Kraftwerken mit variabler Energieerzeugung. Dieser Wandel stellt neue Herausforderungen an die Netzregulierung und -überwachung. Im Verbundvorhaben 'TrafoMOF' wird aus diesem Grund ein faseroptischer Gassensor auf Basis von Metal Organic Frameworks (kurz: MOFs) entwickelt. Zielanwendung für diesen Sensor ist die 'Dissolved Gas Analysis' (kurz: DGA) in Isoliermedien von Hochspannungsanlagen. Die Alterung der Isoliermedien ist die Hauptursache für Ausfälle von Hochspannungsanlagen. Durch die Detektion von Zersetzungsprodukten der Isoliermedien kann eine Aussage über den Fortschritt der Alterung getroffen und damit die Betriebsfähigkeit der Hochspannungsanlage beurteilt werden. Im Fokus der Analysen stehen die Zersetzungsprodukte Methan, Ethan, Ethen, Ethin, Wasserstoff, Methanol, Kohlendioxid und die Stoffgruppe der Furane. Durch den Einsatz MOFs ist es möglich sensorische Dünnschichten zu erzeugen, die hochgradig selektiv auf jeweils eines der zu analysierenden Zersetzungsprodukte ansprechen. Bei den MOFs handelt es sich um eine vielfältige Gruppe mikroporöser Stoffe, die andere Moleküle in ihre Mikroporen einlagern. Hierdurch ändern sich die Stoffeigenschaften der MOFs, was genutzt wird, um die Lichtführungseigenschaften von Glasfasern zu modulieren. Diese Sensortechnik erreicht einen neuen Stand der Technik im Feld der Sensorik für Hochspannungsanlagen. Durch die generierten Messergebnisse werden neue Möglichkeiten für Netzregulierung und -überwachung geschaffen.
Im Zuge der Energiewende findet ein Übergang von wenigen Kraftwerken mit gleichmäßiger Energieerzeugung hin zu zahlreichen Kraftwerken mit variabler Energieerzeugung. Dieser Wandel stellt neue Herausforderungen an die Netzregulierung und -überwachung. Im Verbundvorhaben 'TrafoMOF' wird aus diesem Grund ein faseroptischer Gassensor auf Basis von Metal Organic Frameworks (kurz: MOFs) entwickelt. Zielanwendung für diesen Sensor ist die 'Dissolved Gas Analysis' (kurz: DGA) in Isoliermedien von Hochspannungsanlagen. Die Alterung der Isoliermedien ist die Hauptursache für Ausfälle von Hochspannungsanlagen. Durch die Detektion von Zersetzungsprodukten der Isoliermedien kann eine Aussage über den Fortschritt der Alterung getroffen und damit die Betriebsfähigkeit der Hochspannungsanlage beurteilt werden. Im Fokus der Analysen stehen die Zersetzungsprodukte Methan, Ethan, Ethen, Ethin, Wasserstoff, Methanol, Kohlendioxid und die Stoffgruppe der Furane. Durch den Einsatz MOFs ist es möglich sensorische Dünnschichten zu erzeugen, die hochgradig selektiv auf jeweils eines der zu analysierenden Zersetzungsprodukte ansprechen. Bei den MOFs handelt es sich um eine vielfältige Gruppe mikroporöser Stoffe, die andere Moleküle in ihre Mikroporen einlagern. Hierdurch ändern sich die Stoffeigenschaften der MOFs, was genutzt wird, um die Lichtführungseigenschaften von Glasfasern zu modulieren. Diese Sensortechnik erreicht einen neuen Stand der Technik im Feld der Sensorik für Hochspannungsanlagen. Durch die generierten Messergebnisse werden neue Möglichkeiten für Netzregulierung und -überwachung geschaffen.
Zunächst soll ein H2 (Wasserstoff)-Prinzipversuch bei atmosphärischem Druck mit einer Wasserstoff tauglichen Düse in Kombination mit einem modular aufgebauten Brennkammerdesign durchgeführt werden. Darauf aufbauend wird eine geeignete Düse für gasförmigen Wasserstoff abgeleitet und in eine Modellbrennkammer integriert. Diese Brennkammer wird in wichtigen Betriebspunkten experimentell vermessen und numerischen Ergebnissen gegenübergestellt. Mit dem innovativen WET-Konzept (Turbofan-Flugtriebwerk mit Wassereinspritzung und - Rückgewinnung) wurde bereits ein neuartiges Antriebskonzept mit hohem Potenzial zur Reduktion der Klimawirkung des Fliegens vorgestellt. Das Konzept soll mit einer H2-Verbrennung kombiniert werden (H2-WET), um die Emissionen nochmals deutlich abzusenken. Im Fokus stehen hier Experimente mit H2-Verbrennung und Wassereinspritzung sowie konzeptionelle und numerische Aufgaben.
Zunächst soll ein H2 (Wasserstoff)-Prinzipversuch bei atmosphärischem Druck mit einer Wasserstoff tauglichen Düse in Kombination mit einem modular aufgebauten Brennkammerdesign durchgeführt werden. Darauf aufbauend wird eine geeignete Düse für gasförmigen Wasserstoff abgeleitet und in eine Modellbrennkammer integriert. Diese Brennkammer wird in wichtigen Betriebspunkten experimentell vermessen und numerischen Ergebnissen gegenübergestellt. Mit dem innovativen WET-Konzept (Turbofan-Flugtriebwerk mit Wassereinspritzung und - Rückgewinnung) wurde bereits ein neuartiges Antriebskonzept mit hohem Potenzial zur Reduktion der Klimawirkung des Fliegens vorgestellt. Das Konzept soll mit einer H2-Verbrennung kombiniert werden (H2-WET), um die Emissionen nochmals deutlich abzusenken. Im Fokus stehen hier Experimente mit H2-Verbrennung und Wassereinspritzung sowie konzeptionelle und numerische Aufgaben.
Ziel des Vorhabens ist es, die energiebedingten CO2-Emissionen an kontinuierlich betriebenen Thermoprozessanlagen zu senken, bzw. vollständig zu vermeiden, indem kohlenstoffhaltige Energieträger durch Wasserstoff substituiert werden. Die nachfolgende Prozess- und Produktqualität, unter den Bedingungen des veränderten Wärmprozesses wird durch die Anpassung der Prozessführung, der Entzunderung und Verwendung von oxidationskonditionierenden Beschichtungen sichergestellt. Der Einsatz von H2 erfordert eine Infrastruktur zur Wasserstoffversorgung. Zusätzlich müssen Anpassungen der Armaturen, der M&R-Technik sowie der Prozesssteuerung geplant und umgesetzt werden. Hierzu werden mittels Brennerversuche und Simulationen sichere Betriebszustände der aktuell verbauten Brenner untersucht. Die maximale Wasserstoffverträglichkeit wird ermittelt und Anpassungen an der Brennertechnik vorgenommen, die einen dynamischen Betrieb mit Erdgas, H2 und deren Gemischen erlauben. Im Hinblick auf die Produktqualität werden Untersuchungen zum Einfluss der veränderten Ofenatmosphäre und Wärmeübertragung auf die Entkohlung, die Zunderbildung und die resultierenden Zunder- und Entzunderungseigenschaften durchgeführt. Zusätzlich werden oxidationsbeeinflussende Beschichtungen und angepassten Entzunderungsstrategien untersucht. Beim Wechsel der Gassorten muss mindestens eine gleichbleibende Produktionsmenge sowie Produktqualität erreicht werden. Anhand der Voruntersuchungen werden die sicherheitstechnischen Anforderungen, die Prozessteuerung und die Ofenregelung geprüft und angepasst. Ein wesentliches Ziel des geplanten Vorhabens ist die industrielle Umsetzung und Erprobung einer möglichst vollständigen Substitution des aktuell eingesetzten Erdgases durch Wasserstoff. Auf Basis der Ergebnisse werden Potenziale und Hemmnisse beim Umstieg auf Wasserstoff als Energieträger zusammengestellt, um eine höhere Akzeptanz der Technologie zu erreichen.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 3737 |
| Kommune | 5 |
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| Chemische Verbindung | 286 |
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