Other language confidence: 0.6883563001315725
Für die Energiewende im Verkehrssektor bietet das Vorhaben PowerFuel eine einzigartige Kopplung führender Technologien zur Umwandlung von Strom in flüssige Kraftstoffe. Technologisch wird dies ermöglicht, indem strombasierter Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse und Kohlenstoffdioxid, abgeschieden aus der Umgebungsluft, zu Kohlenwasserstoffen umgesetzt werden. PowerFuel baut auf eine vorhandene Infrastruktur im Pilotmaßstab auf. CW entwickelt und baut Anlagen zur CO2-Abscheidung aus der Umgebungsluft (Direct Air Capture, kurz DAC) und untersucht im Rahmen ihres Teilprojektes die Wärmeintegration in den Gesamtprozess, sowie eine Optimierung der DAC-Anlage mit dem Ziel der für eine Power-to-Fuel Anwendung nötigen CAPEX und OPEX Reduzierung. Darüber hinaus wird der Aspekt der nachhaltigen Bereitstellung von CO2 als essenzieller Rohstoff für Power-to-Fuel Vorhaben in einer Potenzialanalyse adressiert.
Es werden grundlegende Erkenntnisse zum Gesamtanlagenkonzept, zur Dimensionierung wichtiger Anlagenkomponenten und zur Betriebsführung inkl. Prozessleittechnik erarbeitet. Die zeitaufgelöste Simulation der Gesamtanlage erlaubt die richtige Dimensionierung von Einzelkomponenten (z.B. Elektrolyse, Wasserstoffzwischenspeicherung, Synthese) und schlägt eine optimierte Betriebsführung auf Basis äußerer Einflussfaktoren (z.B. zeitlich variabler Strompreis) vor. Zunächst erstellt Siemens in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern (z.B. INERATEC für die Synthese, CW für die CO2-Bereitstellung) physikalisch-chemische Modelle wie auch Kostenkorrelationen für die Einzelkomponenten. Die Modelle werden in einem Optimierungsverfahren kombiniert. Betriebserfahrung aus dem Anlagenbetrieb (AP1 und AP2) fließt kontinuierlich in die Verbesserung der Komponentenmodelle ein. Ziele sind kostenoptimierte konzeptionelle Auslegung und Betrieb von Power-to-Fuel Gesamtanlagen im industriellen Maßstab. Siemens führt in anderen Projekten Energiesystemanalysen auf nationaler Ebene durch, z.B. die Modellierung des deutschen Energiesystems (Fokus auf Strom, Wärme und Mobilität) vor dem Hintergrund der CO2-Reduktionsziele. Abgeleitete Randbedingungen werden mit der Auslegung von Power-to-Fuel Gesamtanlagen verknüpft. Weiterhin wird die Modellierungsumgebung genutzt, um die Pilotanlage des Energy Lab 2.0 abzubilden und eine optimierte Betriebsstrategie zu entwickeln. Erkenntnisse hieraus werden in einer übergeordneten Prozessleittechnik als Software umgesetzt und getestet. Die Betriebsoptimierung soll auch beispielhaft für größere Anlagen gezeigt werden. Hierbei wird Input aus der Energiesystemmodellierung genutzt, um den Anlagenbetrieb für ein repräsentatives Jahr zu simulieren und wichtige technische und ökonomische Parameter abzuleiten (z.B. Betriebsstunden). Ziel ist eine Betriebsoptimierung auf Basis einer Strompreiskurve als auch bei der direkten Kopplung mit erneuerbaren Stromquellen.
In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarboniserung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden. .
In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarboniserung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden.
In KEROSyN100 soll ein Prozesslayout zur Realisierung der ersten Power-to-Jet Fuel Anlage in einer kommerziell ausgerichteten Demonstrationsumgebung mit hoher Systemdienlichkeit und 100%iger Verwertung von EE-Strom entwickelt werden. Ziel ist die Produktion von grünem Kerosin und die Reduktion von EE-Abregelung. Für den Flugverkehr liegen derzeit keine Alternativen zu kohlenwasserstoffhaltigen Kraftstoffen vor, so dass strombasiertes Kerosin als vielversprechendster Pfad zur Dekarbonisierung dieses Sektors gilt. Durch multikriterielle Bewertung relevanter Prozessketten, technologische Weiterentwicklung der Schlüsseltechnologie Methanol-to-Jet Fuel, Erarbeitung geeigneter regulatorischer Rahmenbedingungen und die Umsetzung einer ersten Anlage, soll die Markteinführung von strombasiertem Kerosin auf den Weg gebracht werden. Das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme (DLR-VE) steuert im Rahmen des Teilvorhabens Integration eines Power-to-Fuel (PtF) Anlagenmodells in das regionale und überregionale Energiesystem' wesentliche Kompetenzen im Bereich der Energiesystemsimulation, -optimierung, -bewertung, der Entwicklung von detaillierten Stromnetzmodellen sowie hinsichtlich der Implementierung, Simulation und Bewertung von Flexibilitätsoptionen zur Projektumsetzung bei. Die geplante PtK-Anlage wird als Power-to-Fuel Anlagenmodell abstrahiert, wobei innerhalb des Projekts der Spezialfall Power-to-Jet Fuel untersucht wird.
Im hier beantragten Forschungsprojekt soll die Optimierung und Ergänzung der Bereitstellung des Rohstoffs CO2 aus einer Rauchgaswäsche zur weiteren Verwendung für den Power-to-Fuel-Prozess (P2F) erforscht und untersucht werden. Dieser Einsatz setzt neben einem zuverlässigen und dynamischen Betrieb der CO2-Rauchgaswäsche bestimmte Anforderungen an den Rohstoff CO2 voraus. Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt in der robusten und optimierten Bereitstellung von CO2 einschließlich der Einhaltung erforderlicher CO2-Reinheitsanforderungen und des notwendigen CO2-Gasdrucks für die im P2F-Prozess folgende Methanolsynthese-Einheit. Dazu ist die Integration eines Verdichters, der zusätzlich die Funktion einer Feinreinigung des CO2 erfüllen soll, an die Anlage zur CO2-Abscheidung der Universität Duisburg-Essen am Kraftwerkstandort in Lünen vorgesehen. Neben der Erfüllung der Anforderungen an den Rohstoff CO2 spielen ebenfalls die Optimierung der Anbindung der CO2-Verdichtung an die CO2-Abscheidung und die Interaktion dieser Komponenten mit der nachfolgenden Methanolsynthese-Einheit eine entscheidende Rolle. Hierbei liegt der Fokus besonders auf der Untersuchung der Dynamik der Einzelsysteme infolge von Laständerungen der CO2-Abscheidung und der Auswirkungen auf den Gesamtprozess, um die Anforderungen einer flexiblen Fahrweise innerhalb der P2F-Technologie zu gewährleisten. Ein ausführlicher Arbeitsplan findet sich in Kapitel 8 der Vorhabenbeschreibung. In den ersten zehn Monaten wird das CO2-Verdichterkonzept mit Reinigung entwickelt. Die Inbetriebnahme und der Betrieb des CO2-Verdichters erfolgt in den darauf folgenden 12 Monaten, um die Anlagendynamik und die CO2-Qualität zu untersuchen. Daneben finden theoretische Modellierungen der Verdichtung statt. Das Scale-Up und die Wirtschaftlichkeitsanalyse der CO2-Bereitstellung sowie die Untersuchung der Flexibilisierungspotentiale von fossilen Kraftwerken runden den Arbeitsplan ab.
Im hier beantragten Forschungsprojekt soll die Optimierung und Ergänzung der Bereitstellung des Rohstoffs CO2 aus einer Rauchgaswäsche zur weiteren Verwendung für den Power-to-Fuel-Prozess (P2F) erforscht und untersucht werden. Dieser Einsatz setzt neben einem zuverlässigen und dynamischen Betrieb der CO2-Rauchgaswäsche bestimmte Anforderungen an den Rohstoff CO2 voraus. Der Schwerpunkt des Forschungsprojektes liegt in der robusten und optimierten Bereitstellung von CO2 einschließlich der Einhaltung erforderlicher CO2-Reinheitsanforderungen und des notwendigen CO2-Gasdrucks für die im P2F-Prozess folgende Methanolsynthese-Einheit. Dazu ist die Integration eines Verdichters, der zusätzlich die Funktion einer Feinreinigung des CO2 erfüllen soll, an die Anlage zur CO2-Abscheidung der Universität Duisburg-Essen am Kraftwerkstandort in Lünen vorgesehen. Neben der Erfüllung der Anforderungen an den Rohstoff CO2 spielen ebenfalls die Optimierung der Anbindung der CO2-Verdichtung an die CO2-Abscheidung und die Interaktion dieser Komponenten mit der nachfolgenden Methanolsynthese-Einheit eine entscheidende Rolle. Hierbei liegt der Fokus besonders auf der Untersuchung der Dynamik der Einzelsysteme infolge von Laständerungen der CO2-Abscheidung und der Auswirkungen auf den Gesamtprozess, um die Anforderungen einer flexiblen Fahrweise innerhalb der P2F-Technologie zu gewährleisten. Die Projektdauer beträgt insgesamt 24 Monate, untergliedert in fünf Abschnitte. In den ersten drei Monaten werden vorbereitende Maßnahmen zur Wiederinbetriebnahme der CO2-Abscheideanlage getroffen. In der darauf folgenden Phase von 6 Monaten beginnen die ersten Versuchsfahrten mit dem Absorptionsmittel MEA entsprechend der beschriebenen Arbeitspakete. In den folgenden Betriebsphasen drei und vier werden zwei weitere Absorptionsmittel entsprechend der Arbeitspakete eingesetzt und untersucht. Die letzte Phase betrifft die Auswertung und die Erstellung der Abschlussdokumentation.
Die Transformation der deutschen Energieversorgung im Rahmen der Energiewende stellt eine enorme Herausforderung dar. Oberstes Ziel ist der Klimaschutz bei gleichzeitiger Sicherstellung der Versorgungssicherheit durch bezahlbare technische Lösungen, die die volatilen erneuerbaren Energien sicher in die Netze integrieren. Um diese Ziele erreichen zu können sind verschiedene Lösungsansätze notwendig, die sowohl einer Flexibilisierung auf Seiten der Erzeuger als auch der Verbraucher bedürfen. Eine verstärkte Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie z.B. Strom, Gas und Wärme, Industrie oder Mobilität, rückt dabei immer weiter in den Fokus der Forschung. Eine zunehmende Bedeutung haben dabei Flexibilitätsoptionen, wie zum Beispiel Demand-Side-Management (DSM), Power-to-Heat (PtH), Power-to-Gas (PtG) oder auch die Erzeugung von chemischen Produkten (PtC) oder Kraftstoffen (PtF) aus Überschussstrom. Gemeinsam wird diese vielseitige Technologiefamilie häufig als Power-to-X abgekürzt. Das Virtuelle Institut 'Strom zu Gas und Wärme' untersucht im Auftrag der nordrhein-westfälischen Landesregierung die Integration dieser Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund des Energiemarktes, der Netzstabilität und des zunehmend zusammenwachsenden Gesamtsystems und leitet daraus Handlungsempfehlungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie ab.
Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Hauptziele der Bekanntmachung 'Kopernikus-Projekte für die Energiewende' des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Aufgrund der gestiegenen Umwelt- und Klimaschutzanforderungen sollen eine langfristige Dekarbonisierung der Energiesysteme und eine Speicherung und Nutzung des 'Überschussstromes' aus erneuerbaren Quellen erfolgen. Das Vorhaben soll im Erfolgsfall als Teil des Kopernikus-Projektes 'P2X' einen signifikanten Beitrag zu den Zielen der deutschen Energiewende leisten. Ziel des Vorhabens ist es, Lösungen zu erarbeiten, zu demonstrieren und zu implementieren, mit denen unter Einsatz erneuerbar erzeugter elektrischer Energie stoffliche Energieträger und chemische Produkte für Anwendungen in den industriellen Leitmärkten Energie, Transport/Verkehr und Chemie wirtschaftlich, zeitlich flexibel und auf die gesellschaftlichen Bedürfnisse abgestimmt produziert werden. Die Evonik Creavis GmbH bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP4 und AP7 des Forschungsclusters FC-B2. Der Schwerpunkt liegt aktuell auf Forschungscluster FC-B2: In diesem Forschungscluster sollen intensivierte, modulare und skalierbare Prozesstechnologien zur Umwandlung von CO2 und H2 in emissionsarme Synthesekraftstoffe sowie in Spezialchemikalien mit hoher Wertschöpfung entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Möglichkeit eines autarken und dezentralen Einsatzes der gesamten Prozessketten gelegt. Kernanforderungen sind Kompaktheit, hohe energetische Gesamteffizienz sowie Toleranz gegenüber Lastwechseln und häufigen An- und Abfahrvorgängen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 19 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 13 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 19 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 19 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 19 |
| Englisch | 2 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 11 |
| Webseite | 8 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 15 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 18 |
| Mensch und Umwelt | 19 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 19 |