Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.
Dieser Datensatz enthält eine nicht abschließende Auflistung von Elektrolyseuren zur Herstellung von Wasserstoff innerhalb Nordrhein-Westfalens. Die Herstellung und Verfügbarkeit von Wasserstoff ist für zahlreiche Sektoren wie z.B. die Industrie oder die Energiewirtschaft Voraussetzung für die Erreichung der Klimaschutzziele in 2045.
In dem Vorhaben OxyCO2 wird die Kopplung einer Elektrolyse und einer Wirbelschichtfeuerung untersucht. Dabei soll der Elektrolyse-O2 genutzt werden, um eine Klärschlamm-Monoverbrennung im Oxyfuel-Betrieb zu ermöglichen. Aus der Verbrennung entstehendes CO2 kann zusammen mit Elektrolyse-H2 genutzt werden, um Methanol herzustellen. Durch die experimentelle Klärschlammverbrennung in einer Wirbelschichtfeuerung sollen unter Variation einiger Parameter (z.B. Rauchgaszirkulation, Lambda, Feedgas-Vorwärmung) optimale Betriebsbedingungen ermittelt werden. Es wird eine modulare Rauchgasreinigungsanlage im Technikumsmaßstab errichtet, um den Einfluss einer partiellen und vollständigen Oxyfuel-Verbrennung auf die Rauchgasreinigung untersuchen zu können. Zusätzlich wird das Verfahren mithilfe der experimentellen Daten simulativ untersucht. Darunter werden unterschiedliche Modi für die Oxyfuelverbrennung sowie die Optimierung der Wärmeintegration betrachtet. Aufbauend auf den experimentellen und simulativen Ergebnissen, wird ein gekoppelter Betrieb von Wirbelschicht-Technikumsanlage und Rauchgasreinigungsanlage für die partielle und vollständige Oxyfuel-Monoverbrennung von Klärschlamm demonstriert.
Die Transformation des Energiesystems in Deutschland bedingt mittlerweile alle Sektoren - Strom, Gas, Wärme und Verkehr - und führt damit als Folge auch die unterschiedlichen Energienetze zusammen. 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 der H-BRS konzentrieren sich auf den Gassektor, die Modellierung zukünftiger Anlagen wie etwa Elektrolyseuren, H2-fähigen Verdichterstationen und Kraftwerken sowie topologische Übergänge zur Erzeugung sektorübergreifender Netze und Parametrierungen der Anlagen zur Energieumwandlung.