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Klimaforschungsplan KLIFOPLAN, Potentiale für eine weitergehende Elektrifizierung (PowEr)

Aus Gründen der Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Treibhausgas-Minderung zeichnet sich ab, dass die Verkehrsarten möglichst elektrifiziert werden sollten. Sofern das nicht möglich ist, muss der Endenergiebedarf durch andere Kraftstoffe gedeckt werden, die langfristig treibhausgasneutral her- und bereitgestellt werden müssen. Batterien wurden in den letzten Jahren deutlich leistungsfähiger (gravimetrische und volumetrische Energiedichte) und werden auch absehbar noch besser und günstiger. Zukünftig sollten dadurch weitere Verkehrsmodi batterieelektrisch betrieben werden können und andere noch umfassender als bisher. Dies ermöglicht geringere Bedarfe an anderen Endenergieträgern und einen geringeren Energiebedarf. Im Vorhaben sollen die jetzigen und insbesondere zukünftigen Möglichkeiten der Batterie-Technik in Anwendungen des Verkehrs detailliert untersucht werden. Die verkehrsträgerseitigen Anforderungen der jeweiligen charakteristischen Segmente der Verkehrsarten (z.B. Fähren, Binnenschiffe, Zweiräder, Linienbusse) an die Energieversorgung müssen dazu detailliert aufgeschlüsselt werden, um diese anschließend ggf. wieder clustern zu können. Welche Arten von Energiespeichern werden dafür benötigt bzw. jetzt schon entwickelt, welche Kostenentwicklungen sind zu erwarten? Batterietechnisch sind alle Ansätze zu identifizieren, die in den nächsten 2 bis 3 Dekaden aus heutiger Sicht relevant werden könnten. Die Beurteilung erstreckt sich auch auf die Risiken der Technik und die Kritikalität von Rohstoffen. Für die auch zukünftig nicht realistisch elektrifizierbaren Verkehrsträger wäre zu untersuchen, welche Energieträger (PtG-H2, PtG-Methan, PtL) und Antriebe dann, unter Berücksichtigung der Energieeffizienz, Ressourcen und THG-Minderung, als geeignete Alternative erscheinen. Diese Arbeiten sind die Grundlage für eine Abschätzung des zukünftigen Endenergie- und Primärenergiebedarfs im Verkehr, was in drei Szenarien ermittelt werden soll.

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung

Ziel des Projektes AManDA ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die marktreife Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Energie- und Kohlenstoff-Roadmap für die europäische Chemieindustrie

Ecofys unterstützte den CEFI, bei der Entwicklung und Ausarbeitung der Energie- und Kohlenstoff-Roadmap 2050 . Die Roadmap untersucht, welche Rolle die Chemieindustrie langfristig betrachtet in einem energieeffizienten und emissionsarmen Europa der Zukunft spielen kann. In vier versch. Szenarien werden die zukünftige Nachfrage nach und damit die Produktion von Produkten der chemischen Industrie bis 2050 sowie die Entwicklung und der Einsatz von Energieeffizienz- und kohlenstoffarmen Technologien bewertet. Die Szenarien unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihrer Annahmen zum energie- und klimapol. Umfeld in Europa und dem Rest der Welt, zur Entwicklung von Energie- und Rohstoffpreisen sowie der Geschwindigkeit, mit welcher relevante Innovationen voranschreiten. Die Studie untersucht ebenfalls, welche Rolle der europäischen Chemieindustrie in der Bereitstellung von Energieeffizienz- und kohlenstoffarmen Lösungen für andere Wirtschaftsbranchen zukommen kann. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Produkte der chemischen Industrie in allen Wirtschaftsbereichen Verbesserungen in der Energieeffizienz und der Minderung von Treibhausgasemissionen ermöglichen, wobei sich diese Rolle der Chemieindustrie künftig noch verstärken dürfte. Weiterhin wird in der Studie deutlich, dass die Preisdifferenzen, welche für Energie und Rohstoffe im Vergleich zu den wichtigsten Wettbewerbsregionen bestehen, die globale Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Chemieindustrie gefährden. Eine auf Europa beschränkte und nicht global abgestimmte Energie- und Klimapolitik, welche zu höheren Kosten der europäischen Produktion führt, würde die Wettbewerbsfähigkeit weiter schwächen und zu einer geringeren Produktion in Europa und damit zu vermehrten Importen von chemischen Produkten nach Europa führen. Die Verbesserung der Energieeffizienz wird den größten Beitrag leisten, die zukünftigen Treibhausgasemissionen der europäischen Chemieindustrie zu reduzieren. Des Weiteren können alternative Brennstoffe zur Erzeugung von Prozesswärme sowie die Vermeidung von Lachgasemissionen sich positiv auf die Emissionsminderung auswirken. Darüber hinaus bergen die Dekarbonisierung des Stromsektors und nach 2030 auch die CCS-Technologie zusätzliche Emissionsminderungspotentiale. Wachstum und Innovation wird dabei in den kommenden Jahren bei der Erzielung realer Emissionsminderungen eine entscheidende Rolle zukommen. Angesichts dieser Ergebnisse appelliert die Studie an die politischen Entscheidungsträger, die energie- und klimapolitische Rahmenbedingungen derart zu gestalten, dass Anreize für ein nachhaltiges und effizientes Wachstum der chemischen Industrie geschaffen werden, um die Attraktivität für Investitionen zu steigern und weitere Innovationen zu fördern. Die Studie liefert wertvollen Input für die Diskussion zur europäischen Energieversorgung sowie der post 2020 Klima und Industriepolitik. Ecofys kam die Rolle der Projektkoordination zu und lieferte zudem unabhängige analyt. Beiträge.

Hybride Brennstoffzellenantriebe für mobile Arbeitsmaschinen, Teilvorhaben: Technoökonomische Systemanalyse

Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Anwendung eines Model-Based Systems Engineering (MBSE)-Systemmodells zum Zweck der Neu- oder Umrüstungsentwicklung von wirtschaftlich konkurrenzfähigen Wasserstoff-Brennstoffzellenantrieben (H2-BZ-Antrieb) für mobile Arbeitsmaschinen. Hybride H2-BZAntriebe für mobile Arbeitsmaschinen stoßen in der im Projekt angestrebten technischen Umsetzung im Betrieb lokal keine Luftschadstoffe und Treibhausgase aus und ermöglichen bei der Verwendung von grünem Wasserstoff Emissionsfreiheit. Die unmittelbare Verringerung von Luftschadstoff- und Treibhausgasemissionen gegenüber Dieselmotorantrieben adressiert die Klimaschutzziele der Bundesregierung, die im Klimaschutzplan festgelegt wurden. Mit Hilfe des MBSE werden die technische (Robustheit, Dynamik, Sicherheit, Betriebsführung) und technoökonomische (Lebenszykluskosten, Umfelddynamik) Sichtweise auf hybride H2-BZ-Antriebe in einem Systemmodell verknüpft. So werden technische Anforderungen erfüllt und die Systemkomplexität handhabbar. Die Sichtweisen werden durch geeignete domänenübergreifende Teilmodelle repräsentiert. Das MBSE schafft eine einheitliche Datengrundlage (single source of truth), formale Modellspezifikationen (Modellontologien) und Modellierungssprache (SysML). Die Komplexität wird handhabbar, die Modelldokumentation systematisch und transparent, was den Wissensaustausch begünstigt. Im Projekt wird dieser systemanalytische Ansatz angewendet und für FuE von H2-BZ-Antrieben weiterentwickelt. Damit trägt das Projekt weiterhin zum Ziel der Entwicklung systemanalytischer Werkzeuge mit fachdisziplinübergreifender Beteiligung im 7. EfP bei. Die methodische Entwicklung wird im Projekt dazu verwendet, einen hybriden H2-BZ-Antrieb für eine Materialumschlagmaschine zu entwickeln und zu integrieren. Mit der Erprobung im realen Einsatz soll eine TRL-Erhöhung von 6 auf 7 erfolgen.

Entwicklung einer Feststoffsäure-Brennstoffzelle mit Magneli-geträgerter, oxidationsresistenter Kathode mit Eignung für kombinierte Ammoniak-Cracker-Brennstoffzellen-Systeme

Standardisierte Kleinst-Biogasanlagen zur Vergärung von Schweinegülle mit integrierter Methananreicherung, Gärrest- und Abwasseraufbereitung sowie N-Rückgewinnung, Teilvorhaben 3: Aufbereitung von Wirtschaftsdüngern und Optimierung der Prozessführung

Ziel des Projektes AManDa ist es, ein Verfahren zur Reduktion methanbildender Stoffe vor Feldausbringung sowie zur Verringerung von Düngervolumen und -gewicht bei gleichzeitiger Aufkonzentrierung der Nährstoffgehalte zu entwickeln. Ebenfalls soll durch die Aufbereitung der Prozessabwässer die mögliche Eutrophierung von Vorflutgewässern durch hohen Nährstoffeintrag verhindert werden. Das entwickelte Verfahren kann zur Senkung von Treibhausgasemissionen durch landwirtschaftliche Arbeiten beitragen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer modularen Technologie zur Behandlung von Wirtschaftsdüngern. Dadurch sollen land- und viehwirtschaftliche Betriebe die Möglichkeit haben, die hohen Kapazitäten an Wirtschaftsdüngern optimal zu behandeln und einen energetischen und stofflichen Nutzen aus den anfallenden Stoffströmen zu ziehen. Bei erfolgreichem Betrieb der Pilotanlage und Abschluss der Praxisversuche soll im Anschluss an das Vorhaben durch den Industriepartner ein marktreifes System entwickelt und eingeführt. Die Projektergebnisse sollen zu Empfehlungen für den Praxisbetrieb führen und einen stofflichen und energetischen Mehrwert generieren.

Verfahrensentwicklung zur klimaneutralen Produktion von Grundchemikalien mittels innovativer Membranverfahren am Beispiel von Alkalicarbonaten, Teilprojekt 5: Aufbau und Erprobung einer Versuchsanlage

Großtechnische Demonstration eines vollständigen, stoffstrukturwahrenden und wirtschaftlichen Recyclingverfahrens für Gipskarton- und Gipsfaserabfälle

Das Unternehmen Lindner NORIT GmbH & Co. KG produziert am Standort Dettelbach, als Teil der Lindner Group, Gipsfaserplatten. Diese Gipsfaserplatten werden auf einer Fläche von 58.000 Quadratmeter für den Einsatz als Doppel- und Hohlraumboden, als Trockenestrich und als Trockenbauplatte für viele Sonderanwendungen produziert und durch Fräsen und die Applikation von Belägen veredelt. Gips ist im Bau- und Sanierungswesen ein massenrelevantes Material, vor allem im sogenannten Trockenbau. Derzeit werden 40 Prozent des Gipsbedarfs in Deutschland (9 Mio. Tonnen pro Jahr) durch Naturgips gedeckt und 60 Prozent durch sog. REA-Gips aus der Rauchgasentschwefelung von Kohlekraftwerken. Mit dem Ausstieg aus der Kohleverstromung wird dieser Anteil in den nächsten Jahren stark zurückgehen. Umso wichtiger wird das Recycling von gipshaltigen Baustoffen im Produktions- und Rückbaubereich. Für das Recycling von Gips stehen im Allgemeinen gipshaltige Abfälle aus dem Rückbau, der Verarbeitung auf Baustellen (Ausschuss und Verschnittreste) und aus der Produktion zur Verfügung. Das sind Gipskartonplatten, Gipsfaserplatten und sonstige gipshaltige Abfälle (Vollgipsplatten, gipsbasierte Estriche etc.). Nach dem bisherigen Stand der Technik werden Gipskartonplatten in Trockenaufbereitungsanlagen verarbeitet. In diesen Anlagen wird der Karton vom Gips getrennt und der Gips zerkleinert. Die separierten Kartonanteile sind aufgrund der Gipsanhaftungen nicht sinnvoll verwertbar. Der separierte und zerkleinerte Gips ist nach üblicher trockener Kalzinierung zu Stuckgips aufgrund des hohen Wasseranspruches nur in untergeordneten Mengenanteilen z. B. in Gipskartonplattenanlagen verwertbar. Gipsfaserplatten sind in diesen trockenen Gipskartonaufbereitungsanlagen bislang nicht verwertbar. Mit dem von der Lindner NORIT GmbH & Co. KG innovativen nasstechnischen Verfahren können dagegen auch Gipskartonplatten vollständig, d. h. Gips und Karton zu 100 Prozent, der relevante Materialstrom der Gipsfaserplatten und weitere komplexer zusammengesetzte gipshaltige Abfälle – unter anderem auch Nassabfälle wie Gips-Sedimentationsschlämme aus der Abwasseraufbereitung oder Gipsstäube aus der Produktion – sehr energiearm aufbereitet und thermisch reaktiviert werden. Ein großer Vorteil ist der hohe Anteil an gipshaltigen Abfallstoffen am gesamten Rohstoffmix, der mit diesem Verfahren z. B. bei der Produktion von Gipsfaserplatten möglich ist. Ziel des Projektes ist, mittels der geplanten, großtechnischen Demonstrationsanlage jährlich bis zu 51.350 Tonnen an recycelbaren Gipsabfällen in den Produktionskreislauf zurückzuführen. Durch die Rückführung dieser Abfälle in den Produktionsprozess können rund 44.000 Tonnen abbindefähiger Gips aus gipshaltigen Abfällen zurückgewonnen und damit die gleiche Menge an Primärrohstoff eingespart werden. Die anlagenbedingte Treibhausgasminderung wird bei der Gesamtmenge an recycelten Rohstoffen mit jährlich ca. 5.270 Tonnen CO 2 -Äquivalenten angesetzt. Die Übertragbarkeit der angestrebten Technik ist für alle Anlagen zum Recycling von Gipskartonplatten, Gipsfaserplatten und Vollgipsplatten sowie den in der Produktion anfallenden Gipsstäuben und den in der Abwasserbehandlung anfallenden Gipssedimenten gegeben – sowohl für die Verarbeitung von Produktionsabfällen, als auch von Materialien aus dem Rückbau von Gebäuden. Branche: Glas und Keramik, Verarbeitung von Steinen und Erden Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Lindner NORIT GmbH & Co. KG Bundesland: Bayern Laufzeit: seit 2022 Status: Laufend

Kohlenstoffreichen Böden in Niedersachsen 1: 50 000 mit Bedeutung für den Klimaschutz ohne versiegelte Flächen

Die Karte der kohlenstoffreichen Böden mit Bedeutung für den Klimaschutz beinhaltet Standorte mit einem besonderen Schutzbedarf („Erhalt“) oder Standorte mit einem Potenzial zur Minderung der Treibhausgas-Emissionen („Entwicklung“). Die relevanten Einheiten der BK50 wurden zu prägnanten Kategorien zusammengefasst: Hochmoor, Niedermoor, Moorgley, Organomarsch mit Niedermoorauflage, Sanddeckkultur sowie Böden mit flach überlagerten Torfen. Zusätzlich wurden die Flächen mit über 30 % Versieglung und kohlenstoffreiche Böden mit wenig Bedeutung für den Klimaschutz entfernt.

Reproduzierbare und methodisch verständliche Aufbereitung der durch die Reduzierung der Flächenneuinanspruchnahme erzielbaren qualitativen/quantitativen THG- Minderungspotenziale als Planungshilfe für regionalen und kommunalen Freiflächen- und Klimaschutz

Siedlungsentwicklung findet in großem Umfang dort statt, wo vorher Landwirtschaft oder Wald war, nämlich rund um die Verdichtungsräume der Siedlungskerne als neue Einfamilienhaussiedlungen, Einkaufszentren oder Gewerbegebiete. Direkte Folgen mit klimarelevanten Effekten sind der Verlust von Kohlenstoffsenken, die Erzeugung von CO2-Emissionen durch zusätzl. Baumaßnahmen, durch Verkehr u.v.m.. Aufgabe des Vorhabens ist es nun, die mit diesen Effekten verbundenen THG- Minderungspotenziale zu berechnen. Dazu sollen sie in dem Vorhaben im Hinblick auf ihre Klimarelevanz methodisch verständlich sowie reproduzierbar aufbereitet, als THG- Minderungspotenziale durch Flächensparen quantitativ zu beziffert sowie für die wissenschaftliche Diskussion und die politische Kommunikation visualisiert werden. Im Ergebnis des Vorhabens sollen somit u. a. zuverlässige, methodisch verständliche und belastbare Ansätze zur Berechnung von THG Minderungspotenzialen im Rahmen der Siedlungsentwicklung entwickelt, die zu erwartende THG Minderung (vorzugsweise in CO2 Äquivalenten) bis zum Jahr 2050 durch die Reduzierung der Flächenneuinanspruchnahme berechnet sowie Handlungsanleitungen für räumlich abgegrenzte Berechnungen für regionale und kommunale Planungsträger erstellt werden.

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