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Analysis of the impact of erosion efficiency on the evolution of rift-inversion orogens and associated serpentinization-derived natural H2 resources, using numerical modelling methods

This data set includes videos depicting the evolution of six numerical tectonic models of rift-inversion orogens. For these models we apply the 2D thermo-mechanical geodynamic code ASPECT, coupled with FastScape for the inclusion of surface processes. With the results from these models, we examine mantle serpentinization in rift-inversion orogens, and their associated natural hydrogen gas (H2) potential. Detailed descriptions of the model set-up and results can be found in Zwaan et al. (2026) in JGR Solid Earth. The software used for this research can be found in a Zwaan et al. (2026) Zenodo software publication.

Nutzung von Wasserstoff als Energieträger in der Produktionskette Milchvieh zur Minderung von Treibhausgasemissionen, Teilprojekt B

Die Zukunft des Transports von Wasserstoff gebunden an den Feststoff Eisen, HIT: Die Zukunft des Transports von Wasserstoff gebunden an den Feststoff Eisen

Die Zukunft des Transports von Wasserstoff gebunden an den Feststoff Eisen

Nutzung von Wasserstoff als Energieträger in der Produktionskette Milchvieh zur Minderung von Treibhausgasemissionen, Teilprojekt C

Entwicklung von Leitfäden zum Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur zur Integration erneuerbarer Energien, Teilvorhaben: Technische Aspekte im Rahmen der Leitfadenentwicklung

Die deutsche und europäische Politik stimmt darin überein, dass Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag leisten wird, um die Pariser Klimaziele zu erreichen. Avisiert sind bis 2030 mindestens 40 GW Elektrolysekapazität und 100 Mio. Tonnen Wasserstoff in Europa sowie bis zu 10 GW Elektrolysekapazität und 110 TWh/a Wasserstoffnachfrage in Deutschland. Die prognostizierte hohe Nachfrage nach Wasserstoff soll sowohl aus nationaler Erzeugung gedeckt als auch importiert werden. Dies lässt erwarten, dass sich der Wasserstoffmarkt und die dafür erforderliche Infrastruktur zügig entwickeln werden. Der Aufbau einer H2-Infrastruktur ist ein wesentliches Element eines klimaneutralen Energiesystems. Die bisherigen Projekte zu H2-Infrastrukturen sind vorwiegend technisch orientiert. Wie im Vorgängerprojekt PORTAL GREEN für Power-to-Gas-Anlagen gezeigt, besteht auch hinsichtlich der H2-Netzinfrastrukturen in der Praxis Bedarf an Klarstellung und Strukturierung der Verfahren zur Genehmigung, da sowohl auf Planer-, Betreiber- und Behördenseite Erfahrungen und etablierte Vorgehen fehlen. Insbesondere besteht noch deutlicher Klärungsbedarf bei den Rahmenbedingungen für eine solche H2-Netzinfrastruktur. Hierzu zählt, neben der Neuerrichtung, und a. auch die Umstellung bestehender Erdgasinfrastrukturen für Wasserstoff. Die Schaffung eines aktuellen und praxisnahen Leitfadens für Bau und Betrieb inkl. Genehmigung von H2-Netzinfrastrukturen, als eine wesentliche Grundlage für deren effiziente Errichtung, soll mit diesem Projekt erreicht werden. Zusammen mit der Aktualisierung und Erweiterung der Leitfäden aus dem Vorgängerprojekt liefert PORTAL GREEN II damit einen wichtigen Beitrag zur Etablierung von Wasserstoff als innovativem Energieträger im zukünftigen Energiesystem.

Energieforschungsplan EVUPLAN, Treibhausgasneutrale Stromerzeugung bis 2035 - Vergleich von Instrumenten für einen Erdgasausstieg

Die Dekarbonisierung der Stromerzeugung ist von zentraler Bedeutung zum Erreichen der nationalen und europäischen Klimaschutz- und Energieziele. Die G7 verpflichten sich zu dem Ziel einer überwiegend dekarbonisierten Stromversorgung bis 2035 und Sie bekennen sich dazu die Kohleverstromung zu beenden. Im Vorhaben sollen neben qualitativen Analysen auch modellbasierte Analysen für eine treibhausgasneutrale Stromerzeugung Deutschlands bis 2035 im europäischen Binnenmarkt durchgeführt werden. In einem ersten Schritt sollen dafür Szenarien berechnet werden, die eine Entwicklung unter den aktuellen nationalen und europäischen Beschlüsse zum Klimaschutz berücksichtigen. Darauf aufbauend sollen Instrumente entwickelt, modelliert und bewertet werden, die eine nahezu treibhausgasneutrale Stromerzeugung in Deutschland bis zum Jahr 2035 ermöglichen. Dabei sollen sowohl Instrumente untersucht werden, die durch Innovationsförderung und/oder Subventionen Erdgas aus dem Markt drängen und dafür Wasserstoff oder wasserstoffbasierte Brennstoffe anreizen (Innovationsstrategie), als auch solche Instrumente, die durch Pönalisierung zu einem Ausstieg führen (Exnovationsstrategie). Von besonderer Bedeutung für die Transformation der Stromversorgung ist neben dem schnellen Ausbau der erneuerbaren Energien insbesondere die Verzahnung mit dem Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur und der Bereitstellung von Wasserstoff. Dies ist für die Dekarbonisierung der brennstoffbasierten Stromerzeugung von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund braucht es weitere Untersuchungen zur Entwicklung der Gasverstromung bis 2035 und darüber hinaus, sowie zu der Verzahnung der Entwicklung im Kraftwerkspark mit dem Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur und der Bereitstellung von Wasserstoff.

Erweiterung des SimBench-Datensatzes auf den Gas- und Wärmesektor, Teilvorhaben: Methoden zur automatisierten Erstellung von Zeitreihen und Varianten

Im Forschungsprojekt SimBench wurde ein Benchmark-Datensatz als freier Download für Lösungen im Bereich der Analyse, Planung und Betriebsführung von elektrischen Netzen aller Spannungsebenen entwickelt (www.simbench.de). Dieser Satz aus Netzdaten und Zeitreihen soll die Entwicklung von Lösungen unabhängig von Netzbetreibern möglich machen und zugleich eine Vergleichbarkeit verschiedener Entwicklungen auf dem Gebiet der elektrischen Netze fördern. In SimBench-Sektor soll darauf methodisch aufbauend ein Datensatz entwickelt werden, welcher die realistische Abbildung deutscher Gas- und Wärmenetze ermöglicht. Innovative Anwendungsfälle im Bereich der Quartiersentwicklung, der Umgestaltung der Gasnetze für Wasserstoff oder gar spartenübergreifender Simulationen machen die Entwicklung von Gas- und Wärmenetzkomponenten als Teil eines Benchmark-Datensatzes sinnvoll und notwendig. Insbesondere zukünftige Untersuchungen zu gekoppelten Infrastrukturen im Rahmen der Energiewende und ihrer Digitalisierung fordern konsistente Testnetze in allen Sektoren. Durch SimBench-Sektor soll der Forschungslandschaft ein konsistenter Datensatz als Open Data zur vollumfänglichen Beschreibung der netzgebundenen deutschen Energieversorgung bereitgestellt werden. Neben der hohen örtlichen und zeitlichen Auflösung besteht die Innovation in einer technisch detaillierten Modellierung der Betriebsmittel in heutigen Netzen, aber auch in der Modellierung innovativer, zukünftiger Betriebsmittel. Arbeiten des Fraunhofer IEE konzentrieren sich neben der Projektleitung auf die Definition eines Gesamtprojektrahmens, der Übertragung von Erfahrungen aus dem ersten SimBench-Projekt, und die Formulierung von Grundsätzen für die Erstellung der Datensätze und Zeitreihen. Zudem werden Methoden für den kostenoptimierten Zu-, Um- und Rückbau von Energienetzen bei der Erstellung der Datensätze eingesetzt sowie ein System zur Koordination von unabhängigen Einzelanlagen implementiert.

Vermeidung kritischer Schwingungen und Verbrennungspulsationen in Großraumwasserkesseln unter stark schwankenden Gasbeschaffenheiten und Wasserstoff, Teilvorhaben: Anlagenüberwachung mittels kombinierter optischer und piezoelektronischer Sensorik und Überwachung der Betriebsparameter

Kernthema des beantragten Projektes ist die Vermeidung kritischer Anlagenschwingungen und Reduzierung von Verbrennungspulsationen in thermischen Kraftwerken und Großraumwasserkesseln auf Basis einer zu entwickelnden Methodik, welche unter anderem auf Basis der Signale von UV-Flammenwächtern in der Lage ist, kritische Anlagenzustände zu detektieren. Dies soll insbesondere vor dem Hinblick geschehen, dass zukünftig deutlich höhere Mengen Wasserstoff im Erdgas zu erwarten sind, welche einen deutlichen Einfluss auf die Energiefreisetzung und das Pulsationsverhaltens der Flammen sowie die Effizienz von Kesselanlagen haben können. Durch eine optimierte Analyse von Betriebsparametern und zusätzlichen Daten zur Schwingungsmessung sollen zukünftig Pulsationen direkt bei Auftreten erkannt und ausgeregelt werden können, um den Komponentenschutz zu erhöhen, kritische Anlagenzustände zu vermeiden und einen optimierten Betrieb auch unter Erdgas-Wasserstoffmischungen und bei reinen Wasserstoffbrennern zu ermöglichen. Fokus der Arbeitsinhalte von DBI liegt auf der Integration von Flammenwächtern und Betriebsparametern in die zu entwickelnde Messmethodik, die Bewertung der Energiefreisetzung der Flammen und der Erprobung der entwickelten Methodik im Technikum und bei beteiligten Industriepartner. Außerdem obliegt DBI die Koordination aller beteiligter Unternehmen und Partnern und des Gesamt-Projektes.

Tripelelement-Stabilisotopensignaturen zur Untersuchung des atmosphärischen Chlormethanbudgets

Die stratosphärische Ozonschicht absorbiert die UV-C und UV-B Sonnenstrahlung und schützt damit Pflanzen, Tiere und Menschen vor Strahlenschäden. Durch anthropogen emittierte Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) wird die Ozonschicht abgebaut. Da FCKWs seit dem Montrealer Protokoll stark zurückgegangen sind, werden halogenierte Verbindungen wie Chlormethan (CH3Cl), die aus natürlichen Quellen freigesetzt werden, für den Abbau der Ozonschicht in der Stratosphäre zunehmend relevant. CH3Cl ist das am häufigsten vorkommende chlorhaltige Spurengas in der Erdatmosphäre, das für etwa 17% der durch Chlor katalysierten Ozonzerstörung in der Stratosphäre verantwortlich ist. Daher wird CH3Cl vornehmlich die zukünftigen Gehalte an stratosphärischem Chlor bestimmen. Die aktuellen Schätzungen des globalen CH3Cl-Budgets und die Verteilung der Quellen und Senken sind sehr unsicher. Ein besseres Verständnis des atmosphärischen CH3Cl-Budgets ist daher das Hauptziel dieses Projektes.Die Analyse stabiler Isotopenverhältnisse von Wasserstoff (H), Kohlenstoff (C) und Chlor (Cl) hat sich zu einem wichtigen Werkzeug zur Untersuchung des atmosphärischen CH3Cl-Budgets entwickelt. Das zugrundeliegende Konzept besteht darin, dass das atmosphärische Isotopenverhältnis einer Verbindung wie CH3Cl gleich der Summe der Isotopenflüsse aus allen Quellen angesehen werden kann, korrigiert um den gewichteten durchschnittlichen kinetischen Isotopeneffekt aller Abbauprozesse. Dadurch ist es möglich, die Bedeutung wichtiger Quellen und Senken mit bekannten Isotopensignaturen zu entschlüsseln. Eine Grundvoraussetzung für detaillierte Hochrechnungen des globalen Budgets ist die Bestimmung der durchschnittlichen Isotopenverhältnisse von H, C und Cl des troposphärischen CH3Cl. Aufgrund der relativ geringen Konzentration von atmosphärischem CH3Cl von ~550 ppbv stellt dies eine große messtechnische Herausforderung dar. Daher liegt der Schwerpunkt dieses Antrags auf der erfolgreichen Entwicklung von Dreifachelement-Isotopenmethoden zur genauen Messung von atmosphärischem CH3Cl.Im ersten Schritt wird ein Probenahmesystem für große Luftmengen konstruiert und für die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse von CH3Cl optimiert. Das Probenahmegerät wird zunächst im Labor getestet und dann zum Sammeln von Luftproben an drei verschiedenen Orten eingesetzt: an der Universität Heidelberg, am Hohenpeißenberg und im Schneefernerhaus. Die Probenahmen werden über einen Zeitraum von einem Jahr durchgeführt, um möglichst auch saisonale Schwankungen zu erfassen. Die Isotopenverhältnisse der Proben werden mit modernsten massenspektrometrischen Methoden im Labor gemessen. Die Ergebnisse aller Standorte und Zeitpunkte werden in der Gesamtheit evaluiert, um die durchschnittlichen stabilen H-, C und Cl-Isotopenwerte einschließlich ihrer saisonalen Schwankungen darzustellen. Abschließend werden die Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für komplexe numerische Modelle kritisch diskutiert.

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