Liquid hydrocarbon fuels are ideal energy carriers for the transportation sector due to their exceptionally high energy density and most convenient handling, without requiring changes in the existing global infrastructure. Currently, virtually all renewable hydrocarbon fuels originate from biomass. Their feasibility to meet the global fuel demand and their environmental impact are controversial. In contrast, SUN-to-LIQUID has the potential to cover future fuel consumption as it establishes a radically different non-biomass non-fossil path to synthesize renewable liquid hydrocarbon fuels from abundant feedstocks of H2O, CO2 and solar energy. Concentrated solar radiation drives a thermochemical redox cycle, which inherently operates at high temperatures and utilizes the full solar spectrum. Thereby, it provides a thermodynamically favourable path to solar fuel production with high energy conversion efficiency and, consequently, economic competitiveness. Recently, the first-ever production of solar jet fuel has been experimentally demonstrated at laboratory scale using a solar reactor containing a ceria-based reticulated porous structure undergoing the redox cyclic process. SUN-to-LIQUID aims at advancing this solar fuel technology from the laboratory to the next field phase: expected key innovations include an advanced high-flux ultra-modular solar heliostat field, a 50 kW solar reactor, and optimized redox materials to produce synthesis gas that is subsequently processed to liquid hydrocarbon fuels. The complete integrated fuel production chain will be experimentally validated at a pre-commercial scale and with record high energy conversion efficiency. The ambition of SUN-to-LIQUID is to advance solar fuels well beyond the state of the art and to guide the further scale-up towards a reliable basis for competitive industrial exploitation. Large-scale solar fuel production is expected to have a major impact on a sustainable future transportation sector.
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 INERATEC bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP1.1 bis 1.14 (ohne 1.8) des Forschungsclusters 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.
Im Berichtszeitraum wurden im Projekt Res2CNG große Fortschritte erzielt. Arbeitspakete zu grundlegenden Fragestellungen wie Biomassevergasung und -bereitstellung sowie die Zusammenstellung von Literatur zur Hochtemperaturelektrolyse wurden abgeschlossen. Thermodynamische Berechnungen zur Methanisierung legten die Basis zur Auswahl verschiedener Methanisierungskonzepte. Erste Abschätzungen zur Gasreinigung bilden die Grundlage für eine optimale Wärmeintegration. Im Rahmen des gesamten Konsortiums wurden fünf Prozessketten festgelegt, die mittels Pinch-Analyse verglichen werden. Die CNG- und LNG-Kette werden detailliert betrachtet und jeweils ein realisierbares Wärmemanagement erarbeitet. Die Ergebnisse der umfangreichen Bottom-up-Analyse der SOEC-Technologie fließen in die Technologiesteckbriefe ein, die als Grundlage für die techno-ökonomische Analyse ausgearbeitet werden.
Im Berichtszeitraum wurden im Projekt Res2CNG große Fortschritte erzielt. Arbeitspakete zu grundlegenden Fragestellungen wie Biomassevergasung und -bereitstellung sowie die Zusammenstellung von Literatur zur Hochtemperaturelektrolyse wurden abgeschlossen. Thermodynamische Berechnungen zur Methanisierung legten die Basis zur Auswahl verschiedener Methanisierungskonzepte. Erste Abschätzungen zur Gasreinigung bilden die Grundlage für eine optimale Wärmeintegration. Im Rahmen des gesamten Konsortiums wurden fünf Prozessketten festgelegt, die mittels Pinch-Analyse verglichen werden. Die CNG- und LNG-Kette werden detailliert betrachtet und jeweils ein realisierbares Wärmemanagement erarbeitet. Die Ergebnisse der umfangreichen Bottom-up-Analyse der SOEC-Technologie fließen in die Technologiesteckbriefe ein, die als Grundlage für die techno-ökonomische Analyse ausgearbeitet werden.
Im Berichtszeitraum wurden im Projekt Res2CNG große Fortschritte erzielt. Arbeitspakete zu grundlegenden Fragestellungen wie Biomassevergasung und -bereitstellung sowie die Zusammenstellung von Literatur zur Hochtemperaturelektrolyse wurden abgeschlossen. Thermodynamische Berechnungen zur Methanisierung legten die Basis zur Auswahl verschiedener Methanisierungskonzepte. Erste Abschätzungen zur Gasreinigung bilden die Grundlage für eine optimale Wärmeintegration. Im Rahmen des gesamten Konsortiums wurden fünf Prozessketten festgelegt, die mittels Pinch-Analyse verglichen werden. Die CNG- und LNG-Kette werden detailliert betrachtet und jeweils ein realisierbares Wärmemanagement erarbeitet. Die Ergebnisse der umfangreichen Bottom-up-Analyse der SOEC-Technologie fließen in die Technologiesteckbriefe ein, die als Grundlage für die techno-ökonomische Analyse ausgearbeitet werden.
Im Berichtszeitraum wurden im Projekt Res2CNG große Fortschritte erzielt. Arbeitspakete zu grundlegenden Fragestellungen wie Biomassevergasung und -bereitstellung sowie die Zusammenstellung von Literatur zur Hochtemperaturelektrolyse wurden abgeschlossen. Thermodynamische Berechnungen zur Methanisierung legten die Basis zur Auswahl verschiedener Methanisierungskonzepte. Erste Abschätzungen zur Gasreinigung bilden die Grundlage für eine optimale Wärmeintegration. Im Rahmen des gesamten Konsortiums wurden fünf Prozessketten festgelegt, die mittels Pinch-Analyse verglichen werden. Die CNG- und LNG-Kette werden detailliert betrachtet und jeweils ein realisierbares Wärmemanagement erarbeitet. Die Ergebnisse der umfangreichen Bottom-up-Analyse der SOEC-Technologie fließen in die Technologiesteckbriefe ein, die als Grundlage für die techno-ökonomische Analyse ausgearbeitet werden.
Im Projekt geht es um die Lebensdauervalidierung der Einzelkomponente 'RWGS 2.0', die Teil einer mehrstufigen Prozesskette zur Herstellung von erneuerbaren Brenn- und Kraftstoffen oder Chemikalien (allg. Kohlenwasserstoffen) aus CO2 ist. Nach erfolgreicher Validierung soll diese Komponente mit TRL 6 eingestuft werden. Der Test des Vorgängermodells (RWGS-Reaktor 1.0, TRL 3) sowie die technischen Vorbereitungen für das im aktuellen Projekt zu validierende Modell sind im BMBF-geförderten Projekt 'sunfire' (FKZ 033RC1110) vorgenommen worden. Dieses Projekt ist Ende Juni 2016 ausgelaufen. Die Verwertung der Ergebnisse wäre ohne eine Folgeentwicklung nur wissenschaftlich möglich gewesen. Der Lebensdauertest soll mindestens 1.500 Stunden umfassen. Dabei werden die Fahrweisen Geradeausbetrieb ohne FT-Synthese, Geradeausbetrieb mit FT-Synthese, Recyclebetrieb von FT-Restgas und Lastschwankungen erprobt. Das Vorhaben ist in fünf Arbeitspakete A bis E unterteilt: A: Montage: Die Endmontage des RWGS 2.0 und der technischen Peripherie. B: Inbetriebnahme: Aufheizen des Reaktors, Herstellung von Synthesegas und Überführung bis in den Recyclebetrieb inklusive Wiederaufarbeitung von FT-Restgas. C: Dauertest: Betrieb des Reaktors über 1.500 Stunden. D: Auswertung: Ergebnisbewertung durch Analyse der Betriebsdaten sowie Untersuchung der verwendeten Materialien. E: Projektmanagement: Organisation des Projektes inklusive Präsentation und Kommunikation der Projektergebnisse. Der RWGS-Reaktor 2.0 wurde erfolgreich in Betrieb genommen und ohne Unterbrechung im Dauerbetrieb über 1.630 Stunden in den geplanten Betriebsweisen betrieben. Zur Simulation von Lastschwankungen im Stromnetz wurde ein Versuch zur Laständerung des RWGS-Reaktors 2.0 im Zusammenhang mit der Syntheseanlage im Recyclebetrieb gefahren. Die Last wurde von 100 % auf 20 % reduziert und anschließend wieder auf 100 % erhöht. Dabei stellt sich heraus, dass der RWGS-Reaktor 2.0 gegenüber Lastschwankungen weitestgehend unempfindlich ist. Gegenüber dem RWGS 1.0 konnten folgende Verbesserungen festgestellt werden: Die spezifischen Wärmeverluste haben sich wesentlich verringert. Der thermische Wirkungsgrad und der chemische Umwandlungsgrad haben sich dementsprechend erhöht. Der CO2-Umwandlungsgrad liegt für die jeweilige Temperatur im Bereich des zu erwartenden theoretischen Wertes. Durch den erfolgreichen Dauerbetrieb wurde ein TRL 6 validiert.
Das 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 TU Bergakademie Freiberg bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP3 und AP6 des Forschungsclusters 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. Folgende Forschungsthemen sind im Fokus: AP3: Bau und Betrieb einer STF+-Versuchsanlage zur Herstellung von Ottokraftstoffen aus regenerativem Methanol, Katalysatoroptimierung, Variation des Einsatzstoffes; AP6: Untersuchung der Kraftstoffqualität repräsentativer Synthesekraftstoffmuster.
Die effiziente Nutzung von Biomasse als Energieträger verringert den Ausstoß von klimawirksamen Gasen, trägt zu einer Verkürzung der Transportwege für Energie bei und verringert die Abhängigkeit von Energieimporten. Die wesentliche Herausforderung dabei ist, Nutzungsbereiche für Biomasse abseits der reinen Wärmenutzung zu erschließen. Hier hat die an der TU Wien entwickelte und in Güssing und Oberwart großtechnisch, im Leistungsbereich von 8 bzw. 10 MWth, erfolgreich demonstrierte Wirbelschicht Dampfvergasungstechnologie für holzartige Biomasse neue Maßstäbe gesetzt. Durch Umwandlung des Festbrennstoffes in ein hochwertiges Synthesegas steht neben Produktion von Strom und Wärme sowie synthetischen Biotreibstoffen eine Reihe von interessanten Verwertungsmöglichkeiten für ein integriertes Hüttenwerk zur Verfügung: - Einsatz als Erdgassubstitut für die Gasverbraucher eines integrierten Hüttenwerkes - Einsatz als Ersatzreduktionsmittel mit Hochofenprozess - Verbesserung der CO2-Bilanz von einzelnen Prozessen sowie des integrierten Hüttenwerks - Neue Erkenntnisse in der Gaserzeugungstechnologie aus holzartiger Biomasse lassen Anwendbarkeit im für den Hochofen-Prozess relevanten Maßstab erwarten (G-volution-System, Kalksteinprozess) Hauptziel ist der Machbarkeitsnachweis der Technologie mit den am Standort verfügbaren Betriebsmitteln und dem innovativen Wirbelschichtsystem, welches einen Betrieb mit weniger abriebresistenten Bettmaterialien und ein Design großer Anlagen erlaubt. Die Methodik erfolgt nach der üblichen Vorgehensweise bei der Entwicklung von Wirbelschichtsystemen: - Die Adaptierungen der bestehenden Technologie werden an einem Kaltmodell entwickelt. Entwicklung einer Bettmaterial schonenden, zweistufigen Abscheidung. - Der Machbarkeitsnachweis wird an einer 100-200 kW Technikumsanlage geführt. Die Versuchsergebnisse gehen auch in eine techno-ökonomische Bewertung ein. - Die Technikumsanlage wird auf die Versuche mit Kalkstein hin adaptiert. - Vollständige Massen- und Energiebilanzierung der stabilen Versuchspunkte erlaubt reproduzierbare Aussagen über die Performance des Prozesses - Validierte Prozessmodelle dienen als Grundlage für die Dimensionierung einer möglichen Großanlage Ziel des eingereichten Projektes ist es einen Prozess zu entwickeln, der sich in ein Hüttenwerk integrieren lässt. Hierzu wird der bestehende Zweibett Wirbelschicht Dampfvergasungsprozess auf Kalkstein als Bettmaterial umgestellt und die Prozessbedingungen derart angepasst, dass ein Reingas mit hohem Reduktionspotenzial und einem Heizwert von 15 MJ/Nm3 bereitgestellt werden kann. Ein stabiler Betrieb mit Kalksteinen des Hüttenwerkes ist angestrebt. Diese Materialien werden hinsichtlich mechanischer Eignung in der Wirbelschicht und selektiver CO2-Transporteigenschaften charakterisiert. Als Projektendergebnis steht ein wirtschaftliches Großanlagenkonzeptes für eine Anlage mit 100 MWth zur Verfügung.
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