Die SO2-depolarisierte Elektrolyse (SDE) ist ein vielversprechendes Wasserelektrolyse-Verfahren um aus einer SO2/H2O-Mischung Wasserstoff und Schwefelsäure zu erzeugen. Dieser Prozess ist thermodynamisch besonders effizient und ermöglicht die Erzeugung von Schwefelsäure, welche im Rahmen der Kreislaufwirtschaft auch direkt in einem Prozess zur Aufarbeitung zinkhaltiger Abfälle eingesetzt werden. Der Wasserstoff kann dann verwendet werden, um fossile Energieträger beim Schwefelsäurerecycling zu ersetzen. Im Rahmen des Projekts Sul4Fuel soll die innovative Technologie im industriellen Maßstab erprobt werden. Dazu ist eine Weiterentwicklung der an der finnischen Aalto-Universität im Technologiereifegrad (TRL) von 4-5 erprobten Technologie der SDE erforderlich. Die Umsetzung im Pilotmaßstab unter Erreichung von TRL 6-7 soll am Standort Duisburg der Grillo-Werke geschehen. Ziel des Teilvorhabens von Grillo ist es, eine SDE-Pilotanlage zu entwerfen, zu beschaffen und in Betrieb zu nehmen. Das Teilvorhaben von Grillo basiert auf den Ergebnissen der Teilvorhaben des DLR und HPs.
Das Forschungsprojekt BioH2Log hat zum Ziel, ein innovatives und skalierbares Logistiksystem für Wasserstoff aus Biogasanlagen zu entwickeln, um damit regionale Abnehmer im Schwerlast/ÖNPV-Straßentransportsektor zu versorgen. Zur dezentralen Erzeugung des grünen Wasserstoffs wird die Dampfreformierung von Biogas verwendet. Zu diesem Zweck soll ein übergeordneter digitaler Zwilling - bestehend aus verknüpften Simulationen der einzelnen Elemente der Prozesskette (Produktion, Transport und Abnahme) - erstellt und in einem softwarebasierten Tool umgesetzt werden. Das Tool soll mit Hilfe von KI-Methoden und unter Berücksichtigung der gesamten Prozesskette die einzelnen Elemente optimieren, um die Preise für die Abnehmer attraktiv zu halten. Integraler Bestandteil des Tools ist darauf aufbauend eine Plattform zur Steuerung des Wasserstoff-Handels, welche den Bedarf und die Echtzeit-Daten aus Produktion und Logistik miteinander verknüpft. Die Effizienz von BioH2Log wird unterstützt durch die Verwendung von fortschrittlichen sog. mobilen Tankstellen, deren H2-Druckspeicher sich durch ein geringes Speichergewicht auszeichnen. Die Projektpartner kooperieren mit dem Förderprojekt Bioh2Ref, das die Erprobung der Dampfreformierung von Biogas zum Ziel hat. Der bevorzugt dort erzeugte Wasserstoff wird in BioH2Log-Testkampagnen des Logistiksystem zur Validierung der dynamischen Simulation verwendet. Im Ergebnis soll die Einsatzreife und die Wirtschaftlichkeit von BioH2Log für die regionale Versorgung mit biogenem Wasserstoff demonstriert werden.
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.
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.
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.
Ziel des Teilprojekts AP4.6 ist es, die Digitalisierung des Auslegungsprozesses für Turbomaschinen durch die Industrialisierung eines virtuellen Kaskadenprüfstandes voranzutreiben, der auf CFD Methoden mit nur minimalen bzw. keinen Modellierungsunsicherheiten basiert. Dies sind Verfahren, wie Large Eddy Simulations (LES), die die turbulenten Skalen in der Strömung zu großen Teilen räumlich und zeitlich auflösen. Die dabei im DLR Strömungslöser TRACE zum Einsatz kommende Discontinuous Galerkin Spectral Element Methode (DGSEM) ermöglicht eine beliebige räumliche Genauigkeitsordnung auf unstrukturierten, konformen Hexaedernetzen mit höherer Geometrieordnung. Kein zurzeit verfügbares Verfahren kann solche Netze für 3D Geometrien zuverlässig und automatisiert erstelle. Dadurch ist der flexible Einsatz in der Industrie noch stark eingeschränkt. In diesem Projekt sollen diese Beschränkungen adressiert und die Anwendbarkeit des virtuellen Prüfstandes verbessert werden. Dazu werden zwei konkrete Ziele verfolgt. Zum einen ist dies die Evaluierung und Auswahl eines geeigneten Netzgenerierungsverfahrens, dass die komplexen und teilweise konkurrierenden Anforderungen aus Forschung und Industrie erfüllt. Diese Netze werden sich nach heutigem Kenntnisstand nicht für das bestehende numerische Verfahren verwenden lassen, da sie entweder nicht-konform sind oder zusätzliche Elementtypen beinhalten. Daher wird basierend auf der Auswahl des Netzgenerators die Weiterentwicklung des Präprozesses und des Strömungslösers TRACE verfolgt, um den ausgewählten Netztyp zu unterstützen. Dies beinhaltet sowohl die Implementierung als auch die Validierung des Verfahrens für beliebige Genauigkeitsordnungen sowie die Validierung für die Simulation von turbulenten Strömungen.
Um dem Klimawandel zu begegnen, ist das Ziel, die Technologie für eine stabile, sichere und CO2-neutrale Energieversorgung einer mittelgroßen Stadt am Beispiel von Herzogenrath, inklusive der Industriebetriebe sowie neuen Prosumern in der Stadt, durch dezentrale PV-Anlagen, dezentrale Wärmepumpen und Elektromobilität zu entwickeln. Hierzu sollen digitale Zwillinge des Energiesystems von Herzogenrath und der Industriebetriebe wie des Sandbergwerks und des Klärwerks erstellt werden, sodass deren sicherer Betrieb und CO2-neutrale Energieversorgung gewährleistet und durch Ausnutzung der Sektorenkopplung stabil und sicher betrieben sowie auf geringste Energiekosten optimiert werden kann. Durch niedrige Energiekosten werden die Industriebetriebe wirtschaftlich gestärkt und Haushalte zu sozialverträglichen Preisen versorgt. Das Teilprojekt 'Vermarktungsmöglichkeiten in den Energiemärkten' stellt die Schnittstelle zwischen den anderen Teilprojekten aus dem Gesamtvorhaben 'Energiepark Herzogenrath' dar. Die Dynamiken auf den Energiemärkten sorgen für laufend neue Anforderungen an die Marktteilnehmenden sowie für neue Vermarktungsmöglichkeiten der Produkte Strom, Wärme, Sauerstoff und Wasserstoff in Herzogenrath. Es werden nicht nur die wesentlichen Einflussfaktoren im Energiemarkt und die Vermarktungskanäle in Herzogenrath identifiziert, sondern auch Teilmodule für den Aufbau eines Energiemarktmodells entwickelt. In diesem Zusammenhang werden die energiewirtschaftlichen Anforderungen laufend aktualisiert, sodass mithilfe dieser Teilmodule, welche die Vermarktungsmöglichkeiten dynamisch abbilden und in das Gesamtmodell implementiert werden, aus den lokalen Optima das globale Optimum für Herzogenrath ermittelt werden kann.
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