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Entwicklung von energieeffizienten Koaleszenzfiltermedien für CO2-Einsparung bei der Verdichtung von Wasserstoff mittels eines neuartigen Herstellprozesses

Der zukünftig erhöhte Wasserstoffbedarf rückt den Transport über Pipelines in den Vordergrund. Durch lange Transportwege muss dieser regelmäßig auf seinen Ausgangsdruck verdichtet werden. Zur Komprimierung sind entsprechende Kompressoren notwendig, welche mit Koaleszenzfiltern ausgestattet werden müssen, um die Reinheit des Wasserstoffs beim Transport zu gewährleisten. Das Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung und Realisierung einer neuartigen Technologie zur Fertigung von Koaleszenzfiltermedien, welche mittels Schaumauftragsverfahren hergestellt werden. Ein gezieltes Design der Filtermedien ermöglicht eine Verringerung des Druckverlustes und somit ein enormes CO2-Einsparpotential. Um das CO2-Einsparpotential unter realen Bedingungen zu ermitteln, wird für Testzwecke ein Wasserstoffteststand aufgebaut. Parallel zu den Experimenten werden numerische Untersuchungen, die zu einem auf klassischen CFD-Verfahren basieren, als auch auf Machine-Learning basierten Ansätzen beruhen. Durch geeignete Co-Simulationen können Modelle für unterschiedliche Skalen berechnet werden. Die validierten Modelle werden für die Optimierung komplexer Filterstrukturen eingesetzt und erlauben eine Effizienz-Steigerung der Filtermedien.

Grüner industrieller Wasserstoff durch Hochtemperatur-Dampfelektrolyse in einer Stahlwerksumgebung

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.

Verfolgung verschiedener Strategien zur Methanminderung mithilfe von Kohlenstoffisotopenverhältnissen bei Wiederkäuern

Der Agrarsektor trägt erheblich zu den weltweiten Treibhausgasemissionen bei, was in der Öffentlichkeit zu wachsender Besorgnis über die Umweltauswirkungen von Nutztieren, insbesondere in der Milchviehhaltung, führt. Derzeit entwickeln viele Gruppen Technologien zur Methanminderung, die Methanogene entweder direkt mit Inhibitoren oder indirekt durch Begrenzung ihres Substrats angreifen. Es hat sich gezeigt, dass Strategien zur Methanminderung mithilfe von Methanogeninhibitoren oder Wasserstoffsenken die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft auf Pansenebene verändern und damit auch den Stoffwechselweg des Mikrobioms verändern. Wechselwirkungen zwischen bestimmten Bakterien und Methanogenen können die Methanproduktion prägen, wie auch die Konkurrenz um Wasserstoff und das Vorhandensein sekundärer Metaboliten die Methanproduktionsraten beeinflussen können. Das 13C/12C-Verhältnis von Methan, das über die drei Hauptpfade im Pansen (hydrogenotrophe, methylotrophe und acetoklastische) produziert wird, ist aufgrund des 13C-Gehalts der für die Methanproduktion verwendeten Kohlenstoffquelle unterschiedlich. Da methanogene Stoffe unterschiedlich durch Methaninhibitoren beeinflusst werden, könnte das 13C/12C-Verhältnis ein Indikator für die Methanhemmung sein. Das Hauptziel des Projekts besteht darin, die Wege der Pansenmethanproduktion als Reaktion auf verschiedene Minderungsstrategien unter Verwendung von C-Isotopenverhältnissen zu untersuchen. Die Verwendung verschiedener natürlich angereicherter Futtermittel in Kombination mit Minderungsstrategien wird es uns ermöglichen, die für die Fütterung bei Milchkühen verwendeten Minderungsstrategien und die Wege, auf die die neuen Strategien abzielen, zu bewerten. Letztendlich besteht das Ziel darin, einen Prototyp einer Schnüffeltechnologie zu entwickeln, die auf Basis von Schlüsselmetaboliten und ihren Isotopenverhältnissen die Methanbildung anhand von Atemproben eines Wiederkäuers abschätzen kann.

Erschließung und Versorgung von Bestandsgebäuden und Neubauentwicklungen der Stadt Bad Lauchstädt mit klimaneutraler Wärme, Teilvorhaben: Entwicklung von Versorgungskonzepten mit Abwärme und Wasserstoff aus Großelektrolysen

Klimaschutzmodellregion Sauerland, Teilvorhaben: Ganzheitliche Modellierung regionaler Wasserstoffhubs und überregionaler Einfluss

Monomaterial-Barrierefolien mit herausragenden Recycling-Eigenschaften für Lebensmittel, EIZ: Energie-Innovationszentrum der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg

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.

Ertüchtigung von Gasmotoren in Kraft-Wärme-Kopplungs- Neu- und Bestandsanlagen für den angestrebten schrittweisen 'Fuel-Switch' von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen, Teilvorhaben: Entwicklung und Untersuchung einer kraftstoffvariablen Einblas- und Zündeinheit für Gasmotoren

Mit der angestrebten schrittweisen Kraftstofftransformation ('Fuel-Switch') von fossilem Erdgas zu klimaneutralen Gasen wie z.B. grünem Wasserstoff werden in Zukunft unterschiedliche Gasgemische im Gasnetz vorliegen. Im Rahmen des Projekts 'HydroFit' sollen Gasmotoren in KWK-Anlagen für diesen 'Fuel-Switch' ertüchtigt werden. Dabei werden neben zukünftigen Motoren, auch insbesondere Bestandsanlagen adressiert, die durch HydroFit leistungstechnisch optimiert werden. Um die Motoren in Zukunft nachhaltig, effizient und emissionsarm betreiben zu können, bedarf es geeigneter Anpassungen in Hard- und Software. Hierfür wird ein adaptives System entwickelt, das es ermöglicht, Gasmotoren unabhängig von der aktuellen Kraftstoffzusammensetzung im Versorgungsnetz zu betreiben. Das System kann dabei auf zeitlich sich ändernde Gaszusammensetzung reagieren, ohne dass Umbauten am Motor durchgeführt werden müssen. Dies ist insbesondere für die Übergangsphase der schrittweisen Einführung von der Wasserstoffbeimengung bis zur reinen Wasserstoffbereitstellung von Bedeutung. Zusätzlich wird HydroFit konstruktiv so gestaltet, dass bereits im Betrieb befindende Anlagen wirtschaftlich ohne Änderungen am Grundmotor nachgerüstet werden können. Um die Funktionalität des Konzepts sicherzustellen, soll nach der Entwicklung eines Prototypsystems, dieses zunächst im Labor getestet werden. In einer weiteren Ausbaustufe erfolgt die Erprobung an einem Versuchsmotor im Feld. Mit dem vollständigen Umstieg auf Wasserstoff und andere klimaneutrale Kraftstoffe können Gasmotoren-BHKW nicht nur als Brückentechnologie in der Energiewende dienen, sondern auch langfristig für die Dekarbonisierung der Wärme- und Stromerzeugung sorgen. Mit dem in diesem Vorhaben geplanten adaptiven System bleiben sie dabei sehr flexibel und können im Gegensatz zu alternativen Technologien (wie z.B. der Brennstoffzelle) unabhängig von der Kraftstoffzusammensetzung, insbesondere der Reinheit des Wasserstoffs, betrieben werden.

Biologische Wasserstoffproduktion aus Biomassefeststoffen, Teilvorhaben: Ganzheitliche Betrachtung des Verfahrens auf Nachhaltigkeit und Anwendbarkeit

Wasserstoff spielt eine entscheidende Rolle in Bezug auf die angestrebte Energiewende. Im Forschungsprojekt SolidScore wird mit Hilfe der innovativen Biowasserstofftechnologie das vorhandene Spektrum der bisher zur biologischen Wasserstofferzeugung genutzten wässrigen Ausgangssubstrate erweitert. Vor diesem Hintergrund wird untersucht, inwieweit sich Reststoffe, wie zum Beispiel Bioabfälle und landwirtschaftliche bzw. pflanzliche Reststoffe, mit einem Trockenrückstand (TR) größer als 10 % eignen. Das grundlegende Prinzip ist die dunkle Fermentation. Herkömmliche Verfahren wie die Hochtemperatur-Elektrolyse oder die Dampfreformierung sind sehr energieintensiv und verwenden zumeist fossile Brennstoffe. Die biologische Wasserstofferzeugung mit Rest- und Abfallstoffen ist klimafreundlich und CO2-neutral. Im Vergleich zu den anderen biologischen Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist die dunkle Fermentation technologisch am weitesten fortgeschritten. Es ist ein anaerobes Verfahren, bei dem organische Substrate unter Abwesenheit von Licht zu Wasserstoff (H2) und Kohlenstoffdioxid (CO2) sowie flüchtigen organischen Säuren (FOS) abgebaut werden. Versuche zeigten, dass vor allem Abwasser aus der Nahrungsmittelindustrie für die Biowasserstofferzeugung geeignet sind. Gleichzeitig konnten aber auch Limitierungen der einsetzbaren Substrate aufgezeigt werden. Das Projekt SolidScore hat das Ziel, das Reststoffspektrum der verwendbaren Substrate und somit die Einsetzbarkeit des Verfahrens deutlich zu erweitern. Darüber hinaus führt die Implementierung der dunklen Fermentation in Bioenergieanlagen zu einer Steigerung der Gesamteffizienz. Am Beispiel der Vergärung von Kohlenhydraten kann durch das im Antrag beschriebene 2-stufige Verfahren eine Gesamteffizienzsteigerung erzielt werden. Zusätzlich werden im Rahmen des Projektes Konzepte zur weiteren Verwendung des so erzeugten Wasserstoffs erstellt. Dies beinhaltet zum Beispiel auch die innerbetriebliche Nutzung des Wasserstoffs.

Materialien und Konzepte für einen grünen Wasserstoffvektor, MacGyver: Materialien und Konzepte für einen grünen Wasserstoffvektor

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