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Potentialgebiete zur Speicherung von Wasserstoff in Schleswig-Holstein

Dargestellt ist die Verbreitung von untersuchungswürdigen Salinar-Gesteinen innerhalb der Salzstockumgrenzung zur Anlage von Wasserstoff-/Erdgas-Speicherkavernen und die maximal vertretbare Tiefe des Salzstockdaches. Die Salzstöcke sind aufgrund ihrer strukturellen Entwicklung intern komplex - aus den Salzgesteinen des Zechstein und des Rotliegend - als Doppelsalinare aufgebaut und weisen in ihren Flankenbereichen Überhänge auf. Zur Abgrenzung von untersuchungswürdigen Horizonten zur Speicherung von Wasserstoff bzw. Erdgas diente im Wesentlichen die Tiefenlage des Salzstockdaches (Top der Zechstein und Rotliegend-Ablagerungen) bis 1300 m u. NHN als maximal für die Aussolung von Kavernen vertretbare Tiefe (derzeitiger Kenntnisstand). Aus Bohrergebnissen lässt sich ableiten, dass lokal aufgrund der Ausbildung von mächtigen Hutgesteinen das solfähige Gestein auch innerhalb der ausgewiesenen Bereiche tiefer als 1300 m unter NHN liegen kann. Eine Nutzung der Flankenbereiche wird aufgrund der zu erwartenden, unterschiedlich ausgebildeten Überhänge nicht möglich sein.

First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production

The development of sustainable and efficient energy conversion processes at interfaces is at the center of the rapidly growing field of basic energy science. How successful this challenge can be addressed will ultimately depend on the acquired degree of molecular-level understanding. In this respect, the severe knowledge gap in electro- or photocatalytic conversions compared to corresponding thermal processes in heterogeneous catalysis is staggering. This discrepancy is most blatant in the present status of predictive-quality, viz. first-principles based modelling in the two fields, which largely owes to multifactorial methodological issues connected with the treatment of the electrochemical environment and the description of the surface redox chemistry driven by the photo-excited charges or external potentials.Successfully tackling these complexities will advance modelling methodology in (photo)electrocatalysis to a similar level as already established in heterogeneous catalysis, with an impact that likely even supersedes the one seen there in the last decade. A corresponding method development is the core objective of the present proposal, with particular emphasis on numerically efficient approaches that will ultimately allow to reach comprehensive microkinetic formulations. Synergistically combining the methodological expertise of the two participating groups we specifically aim to implement and advance implicit and mixed implicit/explicit solvation models, as well as QM/MM approaches to describe energy-related processes at solid-liquid interfaces. With the clear objective to develop general-purpose methodology we will illustrate their use with applications to hydrogen generation through water splitting. Disentangling the electro- resp. photocatalytic effect with respect to the corresponding dark reaction, this concerns both the hydrogen evolution reaction at metal electrodes like Pt and direct water splitting at oxide photocatalysts like TiO2. Through this we expect to arrive at a detailed mechanistic understanding that will culminate in the formulation of comprehensive microkinetic models of the light- or potential-driven redox process. Evaluating these models with kinetic Monte Carlo simulations will unambiguously identify the rate-determining and overpotential-creating steps and therewith provide the basis for a rational optimization of the overall process. As such our study will provide a key example of how systematic method development in computational approaches to basic energy sciences leads to breakthrough progress and serves both fundamental understanding and cutting-edge application.

Katrin Eder: „Geplante Novelle des Heizungsgesetzes treibt Mieterinnen und Mieter in die Kostenfalle“

Klimaschutzministerin kritisiert die geplante Abschaffung des Heizungsgesetzes – Klimaschutzziele und Wärmewende gefährdet – Große Verunsicherung bei Handwerksbetrieben und Verbraucherinnen und Verbrauchern Energie- und Klimaschutzministerin Katrin Eder hat harte Kritik an der geplanten Abschaffung des Heizungsgesetzes durch die Bundesregierung geäußert. „Die geplante Abschaffung ist eine klimapolitische Fehlentscheidung. Diese 180-Grad-Wende ist nicht nur ökologisch riskant, sondern auch wirtschaftspolitisch kurzsichtig und sozial schädlich. Sie verunsichert Verbraucherinnen und Verbraucher ebenso wie Handwerk und Industrie. Die Eckpunkte gefährden Investitionen, Planungssicherheit und Arbeitsplätze. Mit dem Wegfall der 65-Prozent-Vorgabe für erneuerbare Energie bei neu eingebauten Heizungen wird das Gebäudeenergiegesetz faktisch entkernt. Das ist ein fatales Signal – insbesondere der geplante weitere Betrieb von Ölheizungen wirkt aus der Zeit gefallen und konterkariert unsere Klimaziele. Leidtragende dieser Kehrtwende werden Hundertausende von Mieterinnen und Mietern in Rheinland-Pfalz vor allem im Geschosswohnungsbau sein, insbesondere in dicht besiedelten Städten. Sie haben kaum Möglichkeiten, die Art ihrer Versorgung mit Wärmeenergie selbst zu bestimmen. Sie dürften künftig verstärkt auf teure Gaslösungen angewiesen sein und unter steigenden Preisen leiden. Heute ist daher ein schlechter Tag für den Klimaschutz! Denn die vorgestellten Eckpunkte für ein Gebäudemodernisierungsgesetz der GroKo sind ein schwerer Schlag für alle, die sich für ein Erreichen der Klimaschutzziele in Deutschland und Rheinland-Pfalz einsetzen. Wer beim Heizen auf fossile Technologien setzt, bürdet kommenden Generationen höhere Kosten und größere Risiken auf.“ Die Ministerin weiter: „Wer heute noch eine Ölheizung einbaut, wird das in Zukunft bitter bezahlen. Denn gerade beim Heizöl werden die Preise aufgrund der CO2-Bepreisung massiv steigen. Synthetische Kraftstoffe werden auf absehbare Zeit viel zu teuer bleiben, als dass sie preislich mit effizienten Wärmelieferanten wie Wärmepumpen und aus Erneuerbaren gespeisten Wärmenetzen mithalten können.“ Scharfe Kritik übte die Ministerin auch an der geplanten Grüngasquote: „Die zur Verfügung stehende Menge an Biomethan reicht gerade, um die Einstiegshöhe der Grüngasquote zu erfüllen. Der Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft braucht sehr viel Strom. Biomethan und Wasserstoff werden einfach anderswo gebraucht – zur Verstromung bei Dunkelflauten oder in der Industrie. Von daher ist diese Regelung hochproblematisch für energieintensive Unternehmen. Man kann Biomethan und Wasserstoff nur an einer Stelle verbrennen. In der Wärmeversorgung gibt es Alternativen. Daher ist es hier besonders schlecht eingesetzt. Wer besonders unter der geplanten Grüngasquote leiden wird, sind Mieterinnen und Mieter. Sie können sich nicht entscheiden, wie sie heizen wollen. Wessen Vermieterin oder Vermieter weiter auf Gasheizungen setzt, der wird in die Kostenfalle getrieben, zumal in den Städten wenig Biogas zur Verfügung steht. Zugleich fehlt mir die Vorstellungskraft, wie die Schornsteinfegerinnen und Schornsteinfeger die Grüngasquote kontrollieren sollen. Von den geplanten Neuerungen werden auch die Handwerksbetriebe und die industriellen Hersteller moderner Heizlösungen getroffen. Hier wird die Zukunftsbranche der Wärmepumpenhersteller in Verunsicherung gestürzt. Wirtschaftspolitisch erfüllt mich der Beschluss daher mit großer Sorge. Zudem werden die Handwerksbetriebe auch hier in Rheinland-Pfalz vor den Kopf gestoßen, die sich in Erwartung des Wärmepumpenhochlaufs fortgebildet und investiert haben. Sie müssen sich nun fragen, ob sie weiter auf Wärmepumpen setzen sollen oder zurückkehren müssen zu Ölheizungen und Gasthermen.“ „Schließlich treffen die Änderungen bei der kommunalen Wärmeplanung die Kommunen“, erläuterte Klimaschutzministerin Katrin Eder weiter. „Diese hatten sich gerade auf den Weg gemacht, ihre Pläne zu erstellen. Nun kündigt die Bundesregierung an, erneut die Regeln ändern zu wollen, ohne konkret zu werden. Im schlimmsten Fall müssen wir nach der bundesgesetzlich angekündigten Novelle auch unser Landesgesetz noch einmal ändern. Die Kommunen drohen also wertvolle Zeit zu verlieren. Dabei bleibt die Aufgabe, die Wärmeversorgung klimaneutral umzustellen, selbstverständlich bestehen. Ich kann daher nur jedem Stadtrat und jeder Bürgermeisterin und jedem Bürgermeister raten, weiter an der Wärmeplanung zu arbeiten. Ihre Bürgerinnen und Bürger werden es Ihnen danken, denn sie brauchen Planungssicherheit.“

Physicochemical soil property data for archive samples of the Saxon agricultural soil monitoring program

The continuous agricultural soil monitoring program (BDF) by the Saxon State Office for Environment, Agriculture, and Geology (LfULG) is operational since 1995, collecting and analysing samples periodically from 60 monitoring sites across Saxony, Germany. This dataset provides physicochemical soil property data for 920 archive samples available from the Saxon soil information system FIS Boden, including soil organic carbon, total nitrogen, various total and extractable elemental contents, soil pH, cation exchange capacity, and particle size distribution. Additional soil physical data (bulk density, soil water retention) have been merged from undisturbed sample data, resulting in a total of 123 variables, though with varying availability. This dataset provides the majority of reference data for the mid-infrared soil spectral library for agricultural soils in Saxony, Germany.

Entwicklung einer innovativen wasserstoffbasierten Ofentechnologie zur Herstellung tonkeramischer Werkstoffe, Teilprojekt 7: Entwicklung Brennwerttechnik und Wasserstoffbrenner

Entwicklung einer innovativen wasserstoffbasierten Ofentechnologie zur Herstellung tonkeramischer Werkstoffe, Teilprojekt 1: Erforschung der brennatmosphärischen Einflüsse auf das Sinterverhalten keramischer Schamotten im Wasserstoffbrand und Entwicklung geeigneter Rezepturen

Entwicklung und industrieller Einsatz eines schadstoffarmen Oxy-Fuel-Brennersystems für die energetische Nutzung von grünem Ammoniak in der Stahlindustrie, Teilprojekt SMS: Auslegung, Konstruktion, additive Fertigung und numerische Untersuchung des NH3-Oxy-Fuel-Brennersystems

Der Klimawandel ist eine der Herausforderungen des 21. Jahrhunderts, wobei die durch die Verbrennung fossiler Energieträger freigesetzten Treibhausgas(THG)-Emissionen, insbesondere CO2, einen wesentlichen Beitrag zur globalen Erwärmung leisten. Wasserstoff wird importiert werden müssen, um die benötigten Energiemengen für die Industrie in Deutschland bereitzustellen. Grünes NH3 kann als CO2-freier Brennstoff neben H2 eine bedeutende Rolle spielen. Bezogen auf Transportvolumina hat H2 einen geringeren spezifischen Heizwert als NH3: NH3 lässt sich dagegen bereits bei -33 °C unter Normdruck verflüssigen, was den Transport erheblich vereinfacht. Bewährte Transport- und Speicheroptionen für NH3 sind vorhanden. Bei der NH3-Verbrennung ist jedoch mit hohen NOX-Emissionen zu rechnen, zudem neigen NH3-Flammen zur Instabilität. Mit Hilfe von reaktionskinetischen Untersuchungen, CFD-Simulationen und experimentellen Untersuchungen im semi-industriellen Maßstab sollen typische Primärmaßnahmen zur NOx-Minderung mit dem Brennstoff NH3 erprobt und in ein zu entwickelndes Oxy-Fuel-Brennersystem integriert werden. Durch die Oxy-Fuel-Verbrennung soll die feuerungstechnische Effizienz erhöht sowie die Stabilisierung der NH3-Verbrennung erreicht werden. Das zu entwickelnde Brennersystem soll im Anschluss an die Entwicklungsarbeiten in einem industriellen Wärmebehandlungsofen mit Ammoniak im realen Betrieb getestet werden.

Entwicklung innovativer PECVD-Beschichtungsverfahren für metallische Bipolarplatten zur Kostenreduktion von PEM-Elektrolyseuren, Teilvorhaben: Anlagen- und Prozessentwicklung für die korrosionsresistente Beschichtung von metallischen Bipolarplatten

Die Abkehr von fossilen Energieträgern wird in den kommenden Jahrzehnten zu einem deutlichen Anstieg der Wasserstofferzeugung führen. Im Mittelpunkt steht dabei die Elektrolyse, bei der mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. PEM-Elektrolyseure (Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseure) besitzen hierbei ein großes Potential, da sie eine hohe Dynamik bei kompakter Bauweise erreichen können. Einer größeren Verbreitung von PEM-Elektrolyseuren stehen allerdings relativ hohen Investitionskosten entgegen, die u.a. dem Einsatz von Bipolarplatten aus Titan geschuldet sind. Bei anderen, metallischen Bipolarplatten kommt es auf Grund der elektrochemischen Korrosion zu einem hohen Verschleiß und kurzer Lebensdauer. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des Projektes, Beschichtungsverfahren für metallischen Bipolarplatten zu entwickeln, welche zu einer deutlichen Kostenreduktion von PEM-Elektrolyseuren beitragen. Als Trägermaterialien werden kostengünstige Metalle, wie Edelstahl aber auch Aluminium betrachtet. Die Beschichtung mit Si, C, Ti o.ä. erfolgt mittels Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD), womit die Einbindung in die industrielle Serienfertigung sichergestellt wird.

Entwicklung innovativer PECVD-Beschichtungsverfahren für metallische Bipolarplatten zur Kostenreduktion von PEM-Elektrolyseuren, Teilvorhaben: Messtechnische Untersuchung von korrosionsresistenten Beschichtungen für metallischen Bipolarplatten

Die Abkehr von fossilen Energieträgern wird in den kommenden Jahrzehnten zu einem deutlichen Anstieg der Wasserstofferzeugung führen. Im Mittelpunkt steht dabei die Elektrolyse, bei der mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Quellen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. PEM-Elektrolyseure (Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyseure) besitzen hierbei ein großes Potential, da sie eine hohe Dynamik bei kompakter Bauweise erreichen können. Einer größeren Verbreitung von PEM-Elektrolyseuren stehen allerdings relativ hohen Investitionskosten entgegen, die u.a. dem Einsatz von Bipolarplatten aus Titan geschuldet sind. Bei anderen, metallischen Bipolarplatten kommt es auf Grund der elektrochemischen Korrosion zu einem hohen Verschleiß und kurzer Lebensdauer. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des Projektes, Beschichtungsverfahren für metallischen Bipolarplatten zu entwickeln, welche zu einer deutlichen Kostenreduktion von PEM-Elektrolyseuren beitragen. Als Trägermaterialien werden kostengünstige Metalle, wie Edelstahl aber auch Aluminium betrachtet. Die Beschichtung mit Si, C, Ti o.ä. erfolgt mittels Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD), womit die Einbindung in die industrielle Serienfertigung sichergestellt wird.

Grüner industrieller Wasserstoff durch Hochtemperatur-Dampfelektrolyse in einer Stahlwerksumgebung, Teilprojekt: Experimentelle Entwicklung von Kreislaufverfahren und Ökobilanzierung (LCA) von SOEC-Stacks

Das beantragte Vorhaben hat zum Ziel, die neueste Generation der Hochtemperatur-Dampfelektrolyse in einer Stahlwerksumgebung erstmalig zum Einsatz zu bringen und im Langzeitbetrieb zu validieren. Dazu werden im Stahlwerk der Salzgitter Flachstahl GmbH zwei Testmodule als Technologieträger für die für Industrialisierung gestaltete Stacks sowie für eine großserientaugliche verfahrenstechnische Systemstruktur installiert und für drei Jahre betrieben. Die Gesamtelektrolyseleistung wird ca. 540 kW betragen, entsprechend einer Produktionsleistung von ca. 153 Nm³/h. Der produzierte Wasserstoff wird für die Versorgung einer Forschungsanlage zur Eisendirektreduktion sowie für Wärmebehandlungsanlagen eingesetzt. Die Anlage knüpft an das erfolgreiche Projekt GrInHy2.0 an, welches die vorige Generation der HTE am selben Standort integrierte Forschungsschwerpunkte sind die optimale Verschaltung und Betriebsstrategien von zwei Modulen im Systemkontext und die Auswertung des Betriebs und Validierung der neuen Stack- und Systemtechnologien. Darüber hinaus sollen ökobilanzielle Betrachtungen für die Elektrolyseure durchgeführt werden, die durch die Entwicklung von praktikablen Recyclingkonzepte untermauert werden.

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