Forschungsprojekte

Das SYMBOKO-Projekt hatte das Ziel, ein innovatives, klimaneutrales Verfahren zur Herstellung von Methanol aus Biogas zu entwickeln. Im Fokus stand dabei die vollständige stoffliche Nutzung der im Biogas enthaltenen Kohlenstoffverbindungen unter Einbindung von Wasserstoff aus erneuerbaren Quellen. Die Projektarbeiten erfolgten im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Verbundvorhabens unter Beteiligung mehrerer Industrie- und Forschungspartner. Der wissenschaftlich-technische Hintergrund ist in der übergeordneten Notwendigkeit zu verorten, emissionsintensive Produktionspfade in Industrie und Mobilität durch erneuerbare, CO₂-neutrale Alternativen zu ersetzen. Methanol gilt in diesem Zusammenhang als ein vielversprechender Plattformstoff, der sowohl als Energieträger als auch als chemischer Grundbau-stein breite Anwendung findet.

Die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff spielt eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der Ziele des Pariser Abkommens zur Begrenzung der anthropogenen Erwärmung auf 1,5 bis 2 °C. Eine Möglichkeit ist die CO₂-Speicherung durch Mineralkarbonisierung, wobei im Gegensatz zur kontrovers diskutierten CCS-Technik, kritische Punkte wie Langzeitdichtheit bzw. unkontrollierter CO₂-Austritt bei der angestrebten Technologie „BioClean“ prinzipiell keine Rolle spielen. Dieser Ansatz verspricht dem Kohlenstoffkreislauf dauerhaft CO₂ zu entziehen und im Untergrund zu speichern.

Das Ziel des geplanten FuE-Projektes ist die Entwicklung eines innovativen aufeinander abgestimmten Reinigungssystems auf Basis von günstigen Eisenoxo-Spezies sowie natürlichen Zeolithen zur kombinierten Entfernung von flüchtigen Methylsiloxanen (engl. VMS, volatile methylsiloxanes) und H₂S, wobei die H₂S-Entfernung zur Schonung des Zeolithmaterials vorgeschalten werden soll.

DBI: Demonstratorentwicklung und Erprobung anwendungsnaher Katalysatoren

Bei der motorischen Verbrennung von Biogas entstehen in geringem Umfang Emissionen wie z. B. Methan, die einen höheren Treibhausgasfaktor haben im Vergleich zu CO₂. Die bisherigen technischen Lösungen, wie die Methanoxidation an Edelmetallkatalysatoren, erreichen nur eine unzureichende Minderung der Emissionen oder eine ungenügende Standzeit und können die geplanten Abgasgrenzwerte nicht mehr einhalten. Insbesondere ist die Schädigung der Katalysatoren durch Schwefel im Biogas dafür verantwortlich. Mit dem Projektziel, der Entwicklung eines neuartigen edelmetallfreien und schwefelresistenten Katalysators für die Oxidation von Methan (CH₄), Formaldehyd (CH₂O) und Kohlenmonoxid (CO) im Abgas von stationär betriebenen mageren Gasmotoren, soll eine neue technische Lösung gefunden werden. Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH arbeitet zusammen mit der Professur Reaktionstechnik der TU Bergakademie Freiberg und der Völkl Motorentechnik GmbH an der Demonstratorentwicklung und Erprobung anwendungsnaher Katalysatoren und unterstützt im Projekt mit Modellierungen und experimentellen Untersuchungen die Entwicklung.

Ziel des Projektes ProMem soll ein umfangreicher Eignungstest von anorganischen Membranen für einen breiten Anwendungsbereich zur Entwässerung flüssiger Medien (Membranscreeining) sein.

Es werden verschiedene Membrantypen untersucht werden, die sich in Polarität, Hydrophilie, Porenweite sowie in ihren allgemeinem physikalisch-chemischen Eigenschaften unterscheiden. Daraus sollen Anwendungsbereiche identifiziert und damit eine Eignungsbewertung sowie Verwendungsempfehlung der Membranen abgeleitet werden. Somit ist das übergeordnete Projektziel die Entwicklung von Applikationsmöglichkeiten zur Entwässerung von chemischen Stoffgemischen in flüssiger Phase mittels anorganischer Membranen für definierte Reaktionsbedingungen.

Das F&E-Projekt COnnHy zielt auf die Entwicklung eines Verfahrens zur CO₂-freien Wasserstofferzeugung aus Erdgas oder Biogas in einem zweistufigen Prozess. Als Nebenprodukt entsteht fester Kohlenstoff, anders als bei den bekannten Pyrolyseverfahren jedoch nicht in einem Hochtemperaturreaktor. Das Verfahren stellt somit einen innovativen Ansatz zur Gewinnung von türkisem Wasserstoff dar und kann dazu beitragen, das Potential für emissionsfrei erzeugten Wasserstoff für eine künftige Wasserstoffwirtschaft zu erhöhen. Im Rahmen des Vorhabens sollen durch umfangreiche Voruntersuchungen Auslegungsgrundlagen und Konzepte erstellt werden, die eine spätere Umsetzung im Demonstratormaßstab ermöglichen.

Ziel und Innovation des Forschungsvorhabens „BioMeth“ ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Synthese von Biomethanol auf der Basis biogenen Wasserstoffs, um im Mobilitätssektor als Kraftstoff bzw. Kraftstoffzusatz zu dienen oder in technischen Prozessen wie der Biodieselherstellung konventionelles Methanol zu substituieren. Mittels des zweistufigen Biogasprozesses können kontinuierlich zwei biogene Gase – ein wasserstoffhaltiges und ein methanhaltiges Biogas – erzeugt werden.

Im Projekt wurden Untersuchungen zu Veränderungen der Strahlungseigenschaften von Flammen und deren Geometrie mit Blick auf die Parameter der Flammendetektion bei steigender, schwankender bzw. sehr hoher Wasserstoffanteile in Erdgas durchgeführt. Aus den Erkenntnissen veränderlicher Flammensignale wurden Modelle zur adaptiven Regelung des Gas-/Luft-Gemisches zur Kompensation von Schwankungen der Brenngas- und
Oxidator-Zusammensetzung entwickelt.

Die neuartige Verbrennungsregelung wurde anhand verschiedener Brennerarten ausgehend von Laborversuchen bis hin zum realitätsnahen Anwendungsfall erprobt. Die gewonnen Erkenntnisse bezüglich Einsetzbarkeit der Verbrennungsregelung in verschiedenen
Prozessen, Regelgrenzen und konstruktiver Einbaukonzepte zur Flammenüberwachung wurden in abschließenden Handlungsempfehlungen zusammengefasst.

Im Rahmen des Vorhabens wurden Konzepte und Empfehlungen erarbeitet und validiert, mit denen ein sicherer und wirtschaftlicher Betrieb von Thermoprozessanlagen unter Einfluss von Wasserstoff im Brenngas möglich ist. Final wurde ein Komplexversuch unter Berücksichtigung aller Erkenntnisse aus den Teilprojektendes Leittechnologievorhabens TTgoesH2 durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in Handlungsempfehlungen zusammengefasst.

Der Ballungsraum Halle-Leipzig ist traditionell ein Standort der chemischen Industrie. Die Grundstoffindustrie ist ein großer CO₂ Emittent. Gleichzeitig existiert ein großer Bedarf an Kohlenstoffträgern für viele Syntheseverfahren. Die beteiligten Unternehmen wollen den Strukturwandel mit der Treibhausgasminderung so meistern, dass der Rohstoffverbund in die Zukunft geführt wird. Das Projekt CapTransCO₂ wird Konzepte entwickeln, wie der prozessbedingte CO₂-Anfall gesammelt, konditioniert, genutzt und sicher transportiert werden kann. 

Antibiotika sind seit ihrer Entdeckung und medizinischen Verwendung das wichtigste Werkzeug für die Behandlung von bakteriellen Infektionskrankheiten. Daher werden sie in der Human- und Veterinärmedizin eingesetzt, um krankheitserregende Mikroorganismen zu bekämpfen. Je nach Antibiotikum wird zwischen 10 % und 90 % des Ausgangsstoffes metabolisiert. Sowohl die unmetabolisierten als auch die metabolisierten Transformationsprodukte werden ausgeschieden und gelangen ins Abwasser und anschließend in die Kläranlage. Darüber hinaus werden Antibiotika durch unsachgemäße Entsorgung über die Kanalisation in die Abwässer eingeleitet, wodurch diese ebenfalls in die Kläranlage gelangen. In Anhängigkeit der einzelnen Antibiotika, werden diese langsam durch Mikroorganismen metabolisiert, adsorbieren am Klärschlamm, verändern das Mikrobiom im Klärwerk oder gelangen unmetabolisiert in den Vorfluter. Besonders der Austrag von unmetabolisierten Antibiotika oder deren Transformationsprodukte ist kritisch für aquatische Systeme. Bakterien besitzen die natürliche Eigenschaft (z. B. durch Mutation oder Gentransfer) sich an wechselnde Umweltbedingungen anzupassen. Dies bedeutet, dass krankheitserregende Bakterien Resistenzen gegen ein oder sogar mehrere Antibiotika ausbilden. Aktuelle Untersuchungen von Murray et al. (2022) zu antibiotikaresistenten Bakterien haben gezeigt, dass jährlich ca. 1,27 Mio. Menschen weltweit an Infektionen mit resistenten Mikroorganismen sterben, wobei man bisher von 700.000 in 2020 ausgegangen ist. Um die Ausbildung dieser Resistenzen zu minimieren gilt es, geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Diese umfassen z. B. die zielgerichtete und sachgerechte Anwendung von Antibiotika, richtiger Umgang mit multiresistenten Erregern oder Minimierung des Eintrags von Antibiotika in die Umwelt. […]

Um die Klimaschutzziele des Bundes und der Länder zu erreichen, muss die Integration von Erneuerbaren Energieträgern im gesamten Energiesystem weiter forciert werden. Während in den letzten Jahren der Anteil Erneuerbarer Energien bei der Stromversorgung stets deutlich gesteigert werden konnte, besteht bei der regenerativen Wärme- und Kälteversorgung von Gebäuden noch Nachholbedarf, um die sächsischen
Klimaziele zu erreichen.

In Sachsen besteht aufgrund der historischen Prägung durch den Bergbau (elf große Bergbaureviere) ein einzigartiger Standortvorteil, der bei der Integration von regenerativen Energien eine große Rolle spielen kann. Zukünftig ist es für geeignete Gemeinden in Sachsen interessant, erneuerbare Energien durch die Nutzung des geothermischen Potentials von Grubenwässern bereitzustellen. Dies sind Wässer, die durch eine
Wasserhaltung im Altbergbau nach der Schließung von Bergwerken weiterhin abgepumpt werden müssen oder über Entwässerungsstollen abgeführt werden. Damit soll der Austritt und die Überflutung von ganzen Liegenschaften über Tage verhindert werden. Die Nachsorgemaßnahmen verursachen jährlich beträchtliche Kosten. Dabei können die durch die Flutung des Altbergbaus entstandenen unterirdischen Reservoirs als erneuerbare Energiequelle und Energiespeicher dienen. Grubenwassergeothermie kann somit als erneuerbare und lokale Energiequelle genutzt werden. Es stellt zudem aufgrund der ganzjährigen und witterungsunabhängigen Verfügbarkeit bei konstanten Wassertemperaturen eine grundlastfähige Energiequelle dar. Durch die Nutzung des Grubenwassers zur Gebäudekonditionierung kann aus der kostenintensiven Ewigkeitsaufgabe ein ökonomischer und ökologischer Synergieeffekt entstehen. […]

Das Forschungsprojekt „Erstellung von Schulungsmaterial zum richtigen Heizen mit Holz“ hatte das Ziel, Schulungsmaterial zum richtigen Heizen mit Holz zu entwickeln. Hierbei wurden mit Hilfe von sechs Testpersonen Versuchs- und Schulungstage durchgeführt. Ein besonderer Fokus lag neben der theoretischen Vermittlung auf der praktischen Anwendung. Während der Prüfabbrände wurden Emissionen wie Staubmasse-, Partikelanzahl-, PAK-, CO-, NO_X– und OGC-Konzentrationen über den kompletten Abbrand gemessen. Die Ergebnisse dieser Messungen flossen in die wissenschaftliche Bewertung des Projektes ein.

Ziel des Verbundvorhabens „LivingH2“ war die Demonstration einer Komplettlösung einer regenerativen H₂-Stromversorgung in einer Reallaborumgebung unter Verwendung eines Wasserstoff-Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerks (H2-BZ-BHKW). Das Projektkonsortium bestand aus Industrie- und Forschungsinstituten in Deutschland und Frankreich.
Neben Koordination und Verbreitung der Ergebnisse gliederte sich das Projekt in folgende Aufgaben:

• Entwicklung optimierter Brennstoffzellen-MEA für den reinen H₂-Betrieb
• Integration von MEAs in Stack- und Leistungsbewertung unter repräsentativen Bedingungen einschließlich der Auswirkungen der Odorierung
• Verbesserung und Entwicklung des BZ-KWK-Systems, einschließlich neuer Abgas- und Spitzenlastbrenner
• Installation und Demonstration eines kompletten Systems (erneuerbare H₂-Erzeugung, H₂-Verrohrung in einem Gebäude, Odorierung, H2-BHKW)
• Technoökonomische, ökologische und soziale Bewertung der Lösung

Unter den günstigen Rahmenbedingungen an der Wasserstoffeinspeiseanlage der Ontras GmbH in Prenzlau wurde eine mobile Pilotanlage in Containerbauweise zur individuellen Erzeugung von Erdgas/Wasserstoffgemischen mit bis zu 20 % Wasserstoffanteil errichtet. Untersucht wurden Membranen unterschiedlichster europäischer Hersteller, deren Membranmaterial, Größen und Geometrien variieren. Die Untersuchungen liefen unter Hochdruck bis zu 25 bar und den Membrangrößen angepassten Volumenströmen im Pilotmaßstab. Ziel der Abtrennung war die Unterschreitung des Wasserstoffgrenzwertes im Erdgas aus der DIN 51624 von 2 % im aufbereiteten Gasstrom mit geringen Methanverlusten. Interessierte Hersteller von Membranen für den angegebenen Trennzweck sind eingeladen, sich mit uns in Verbindung zu setzen.

Wesentliches Hauptziel der Studie war es, ein proaktives Planen und Errichten von zusätzlichen Löschwasserentnahmestellen zur Verhinderung bzw. Eingrenzung von (Groß-)Waldbränden in den sächsischen Wald- und Schutzgebieten anzuregen. In diesem Zusammenhang wurden die zukünftigen klimatischen Einflüsse szenarienbasiert antizipiert und mit weiteren Informationen im Kontext der Waldbrandrisiken angereichert. Die Auswertung der ermittelten waldflächenspezifischen Ergebnisse dienten als erste Indikation, in welchen Gebieten oder Gemeinden eine begründete Detailplanung erforderlich ist.

Kerninhalte des DBI waren:

• Entwicklung eines bilanziellen Gastransportnetzmodells für Deutschland
• Untersuchung des Einflusses des Gastransportnetzes auf den innerdeutschen Energieaustausch bis 2045, insbesondere vor dem Hintergrund der Sektorenkopplung
• Entwicklung eines Modells zur regional hochaufgelösten Simulation von Ladeinfrastruktur
• Ableitung eines optimalen regionalen Mixes verschiedener Lade-Anwendungsfälle (z.B. Laden am Wohnort oder beim Arbeitgeber) bis 2045
• Regional hochaufgelöste Modellierung des Prozesswärmebedarfs der Industrie bis 2045

Ziel des Forschungsprojektes war die Erörterung des Stands der Technik bei Direkttrocknungsanlagen. Aufgrund des Einsatzes von Direkttrocknungsanlagen in unterschiedlichen Branchen, wurde eine umfassende Übersicht erstellt. Diese sollte Aufschluss darüber geben, welchen Regelungen und Anforderungen die einzelnen Prozesse bzw. Anlagen unterliegen und wodurch diese Regelungen begründet sind.

Weiterhin wurde eine branchenspezifische Zusammenstellung von verwendeten Trocknungstechniken erstellt. Es wurden neben den Direkttrocknungsanlagen auch alternativ eingesetzte Indirekttrocknungstechniken beschrieben. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf den Umweltauswirkungen der Trocknungsverfahren. Neben den Luftschadstoffen (Staub, NO_x, SO_x, Gesamtkohlenstoff, Formaldehyd, Ammoniak, …) wurde auch die Energieeffizienz betrachtet. In weiteren Arbeitspaketen wurde ermittelt, ob der Einsatz von direkten Trocknungsverfahren mit den entstehenden Emissionen durchgehend für alle betrachteten Trocknungsprozesse begründet ist. Abgrenzend dazu wurde untersucht, unter welchen Voraussetzungen welche Abgasreinigungsverfahren bei Direkttrocknern eingesetzt werden und ob somit vergleichbare Emissionswerte wie bei indirekten Trocknungsverfahren erreicht werden können. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wurden Optimierungspotentiale bei der Verwendung von Trocknungsverfahren aufgezeigt, um in zukünftigen Regelungssetzungsverfahren belastbare technische Anforderungen formulieren zu können.

In dem geplanten Vorhaben erfolgt die Teilnahme an der weltweit größten Messe der Glasbranche, der glasstec in Düsseldorf vom 20.-23.09.2022.
Dabei wurden das Unternehmen, die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, sowie die speziellen Produkte und Dienstleistungen nach langer Messepause wieder vorgestellt. Insbesondere die neue Generation optischer Sondensysteme für opto-akustische Untersuchungen konnten live präsentiert und bestaunt werden. Neben dieser innovativen Technologie wurden auch bereits etablierte Dienstleistungen des Consultings im Bereich Wärme- und energieintensiver Anlagen, gerade in der aktuellen Situation der Energieversorgung, angeboten.
Neben dem direkten und persönlichen Kontakt mit bestehenden und potenziellen Kunden diente die Messeteilnahme zusätzlich als Plattform der internationalen Vernetzung und des Austauschs bezüglich innovativer Technologien für eigene Produktentwicklungen.

Kohlenmonoxid (CO) ist eine Grundchemikalie, die industriell breite Anwendung findet, aber überwiegend auf Basis fossiler Energieträger hergestellt wird. Im Rahmen des Vorhabens wird daher eine Möglichkeit erforscht und entwickelt, um CO direkt aus erneuerbarer elektrischer Energie und CO₂ elektrokatalytisch herzustellen (power-2-X-Technologie). Diese ermöglicht insbesondere Anwendern, die bisher auf die Belieferung mit CO angewiesen sind, eine nachhaltige, kostengünstige Versorgung.

Das Ziel des europäischen Verbundprojektes „SuperP2G“ war die Senkung der Schwelle für die Validierung und Umsetzung von Power-to-Gas (P2G) für konkrete Need-Owner von „Smart Energy Systemen“, „Sektorkopplung“ sowie „Lokaler und regionaler Entwicklung“.
SuperP2G verband dazu führende P2G-Initiativen aus fünf europäischen Ländern, wodurch ein reger Wissensaustausch entstand. Jedes einzelne nationale Projekt konzentrierte sich auf andere Herausforderungen. Die beteiligten Forscher schlossen sich mit
lokalen Stakeholdern zusammen, um gemeinsam Lösungen zu entwickeln. SuperP2G konzentrierte sich auf die Zusammenführung und Weiterentwicklung bestehender Tools, einschließlich der Entwicklung zu Open Access. Ergänzend wurde eine Analyse der
bestehenden Regulierungen und Marktpotentiale, insbesondere durch das Einbeziehen von Stakeholdern aller beteiligten Nationen, durchgeführt.

Zur Sicherung einer stabilen Gas-Versorgung der türkischen Wirtschaft ließ der türkische Gasversorger BOTAS in Zentralanatolien einen Untergrundgasspeicher (UGS) in einem Salzstock errichten. Der Salzstock befindet sich ca. 250 km südöstlich von Ankara, südlich des Salzsees „Tuz Gölü“. Im Endzustand des aktuellen Speicherprojektes besitzt der aus 12 Kavernen bestehende Speicher eine Kapazität von 1 Mrd. m³ Arbeitsgas.
Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH (DBI GUT) bearbeitete als Joint Venture DBI TROYA, zusammen mit dem türkischen Ingenieurunternehmen Troya Dogalgaz Petrol Muhendislik San. ve Tic. Ltd. (TROYA), die Aufgaben des ingenieurtechnischen Bauherrnberaters (Owners Engineer). Das Aufgabenspektrum umfasste dabei das Consulting für das Engineering und die Errichtung der ober- und untertägigen Speicheranlagen (Bohrungen, Kavernen, Gas-Anlagen), der Gasanschlussleitung sowie der Solanlagen, inklusive einer 123 km langen Frischwasserzuleitung und einer ca. 50 km langen GFK-Soleabstoßleitung.

Regenerativ erzeugter Wasserstoff ist ein Schlüsselenergieträger der Energiewende. Er kann als Energiespeichermedium zeitliche und räumliche Schwankungen ausgleichen, die bei der Energiebereitstellung und beim Energieverbrauch unvermeidbar sind. Damit Wasserstoff seine Stärke als kohlenstofffreier Energiespeicher („Power-to-Gas“) entfalten und zur Versorgungssicherheit beitragen kann, ist eine zuverlässige und sichere Versorgungsinfrastruktur nötig. Gemeinsam entwickeln daher die Verbundpartner DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, TÜV SÜD Industrie Service GmbH, Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH (MITNETZ GAS), REHAU AG + Co sowie die Fakultät Maschinenbau und Energietechnik der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig hierzu innovative Konzepte zur Anbindung von Verbrauchern (z.B. „H2-HOME“) am Standort Bitterfeld-Wolfen. Konkret wird ein Wasserstoffverteilnetz inkl. Hausanschlüsse mit einer bestehenden Wasserstoffpipeline verbunden. Hierbei werden Forschungsfragen zur Wasserstoffverteilung adressiert und die Versorgung von Wasserstoffverbrauchern (ebenfalls im HYPOS-Verbund) sichergestellt.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines skalierbaren Co-Elektrolyse-basierten Verfahrenskonzepts zur Herstellung hochwertiger chemischer Produkte aus Wasser und CO₂. Im Rahmen des Projekts soll dabei sowohl die Entwicklung als auch die Demonstration des Gesamtprozesses erfolgen. An einem Kalkwerk soll die vollständige Verfahrenskette ausgehend von der Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur CO₂-Abtrennung mittels keramischer Membranen aus dem industriellen Abgas über ein Hochtemperaturelektrolysemodul zur Synthesegasumsetzung bis hin zur Erprobung innovativer Ansätze für das Reaktordesign der Fischer-Tropsch-Synthese dargestellt werden.

Das DBI GUT ist verantwortlich für die Abtrennung des CO₂ aus dem Abgas des Kalkwerkes. Die Abtrennung erfolgt mittels Membranen, wobei eine zweistufige Membrananlage vorgesehen ist. Auf diese Weise kann das CO₂ in einer Reinheit ≥ 99 Vol.-% für den nachfolgenden PtX-Prozess bereitgestellt werden.

Partner: DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Fraunhofer IKTS, Amtech, Bergmann Kalk

Nach aktuellem Wissensstand bieten Salzkavernen hervorragende Voraussetzungen, um Grünen Wasserstoff aus stark fluktuierenden Prozessen wie Power-to-Gas langfristig zu speichern. Darauf aufbauend entwickelt das grundlagenorientierte Verbundprojekt H2-UGS eine standardisierte und übertragbare Methodologie zur zukünftigen Errichtung und Umrüstung von Salzkavernen für die Wasserstoffspeicherung. Diese Erkenntnisse fließen in einem wissenschaftlich fundierten Leitfaden zur standortunabhängigen Bewertung von Kavernen zusammen. Dabei werden Fragen der technischen Speicherintegrität und rechtlichen Genehmigung einbezogen.

Die offizielle Webseite des Projektes erreichen Sie unter:

www.h2ugs.de

Zielsetzung des Vorhabens war die Entwicklung eines Demonstrationsmusters zur Generierung von reinem Wasserstoff (H₂) aus Erdgas für Industrie und Verkehr im Leistungsbereich von 100 m³(i.N.)/h.

Das System beinhaltet alle Module, welche für die vollständige Prozesskette der H₂-Erzeugung notwendig sind: Gas- und Prozesswasseraufbereitung (Entschwefelung, Deionisierung), Gasumwandlung (Dampfreformierung, CO-Konvertierung) sowie die H₂-Separation (Druckwechseladsorption). Um den Anforderungen in Bezug auf Mobilität und Flexibilität gerecht zu werden, wurde das System integrierbar für Standardcontainer ausgelegt.

Das entwickelte Verfahren zielte darauf ab, einer zahlenmäßig starken Gruppe von Nutzern den benötigten Wasserstoff vor Ort bedarfsgerecht zur Verfügung zu stellen. Transportwege und Verzögerungen wurden hierdurch vermieden, der Basis-Energieträger Erdgas wird optimal genutzt und Emissionen werden spürbar gemindert.

Im Vorgängerprojekt H2-Index I wurde ein statisches Berechnungstool für die wirtschaftliche Bewertung von Innovationen entlang der Wertschöpfungsketten von Grünem Wasserstoff entwickelt. Das Tool diente in der ersten Phase der Beurteilung potenzieller HYPOS-Projekte. Im Folgeprojekt H2-Index II wird das Tool um folgende Bestandteile erweitert:

• Dynamische Betrachtung der Wertschöpfungsketten
• Basiswertschöpfungsketten, welche für das Ziel einer wirtschaftlichen Produktion von Grünem Wasserstoff besonders relevant sind
• Erweiterung der technologischen Komponenten Berücksichtigung sich ändernder regulatorischer Rahmenbedingungen
• Einbindung regionalspezifischer Erzeugungs- und Abnehmerpotenziale

Mit Hilfe des H2-Index II wird eine ausführliche Systemanalyse der Wertschöpfungsketten durchgeführt, um potenzielle Geschäftsmodelle zu bewerten.

In dem Verbundvorhaben haben sich die entscheidenden Akteure zusammengeschlossen, um den Ansatz einer Speicherforschungsplattform (SPF) für Grünen Wasserstoff umzusetzen und bis zu einem funktionierenden Geschäftsmodell weiterzuführen. Die SPF stellt ein Leuchtturmprojekt zur Entwicklung und Erprobung von Materialien und Technologien der großindustriellen H₂-Speicherung aus erneuerbarem Strom dar. Auf diese Weise wird ein Reallabor geschaffen, in dem notwendige Erkenntnisse aus einem realitätsnahen Betrieb gewonnen werden können. Das Vorhaben wird in 3 Phasen bearbeitet.

Partner: DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg, VNG Gasspeicher, Ontras, Fraunhofer IMWS, IfG

Ein gemeinsam geführtes Konsortium aus Avacon Netz GmbH und der Thüga AG möchte perspektivisch die betriebenen Gasverteilnetze für einen höheren Wasserstoffanteil ertüchtigen und daher feststellen, welche Maßnahmen für welche Komponenten erforderlich sind.
Zu diesem Zwecke wurde die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH im August 2018 beauftragt, ein Kompendium über den aktuellen Wissensstand zur Kompatibilität der betriebenen und nachgelagerten Assets sowie ausgewählter Systemaspekte zu erstellen. Hierbei wurden beliebige Erdgas-Wasserstoff-Gemische sowie reiner Wasserstoff betrachtet. Im Rahmen dessen wurde auch eine Herstellerumfrage durchgeführt und die Antworten in die Form von Produkt-Steckbriefen überführt.

Mit der Fertigstellung im Frühjahr 2019 ergaben sich weitere Handlungsbedarfe, die mit dem Beginn der „Folgeaktivität Produkt-SB“ im August desselben Jahres mündeten. Im Zuge dessen wurde das Konsortium für weitere Projektpartner geöffnet, so dass wir mittlerweile 28 Projektpartner aus drei Ländern (Deutschland, Österreich, Schweiz) im „H2-Kompendium VNB“ begrüßen dürfen. Inhaltlich bedeutete die Folgeaktivität eine Aufbereitung und Weiterentwicklung der bestehenden Produkt-Steckbriefe. Weiterhin wurden in einer erneuten Umfrage die unbeantworteten Anfragen sowie neue Produkte, welche durch den erweiterten Projektkreis eingebracht wurden, erfasst. Übergeordnetes Ziel ist es, möglichst belastbare Aussagen durch die Hersteller (Konformitätsbewertungen) bezüglich der Wasserstoffeignung der jeweiligen Assets ausgestellt zu bekommen. Auf diesem Weg wurden mehrere Workshops veranstaltet, in denen die Hersteller und die Verteilnetzbetreiber aus dem Konsortium aktuelles Wissen sowie Erfahrungen austauschen und Handlungsbedarfe identifizieren konnten.

Technologien wie Power to Gas nehmen eine Schlüsselrolle in zukünftigen Energiesystemen ein, denn sie ermöglichen erst die Integration erneuerbarer Energien in zukunftsweisende Versorgungssysteme. Ob Ausgleich fluktuierender Erzeugung- und Bedarfsverläufe, Entlastung und Stabilisierung des Stromnetzes durch netzdienlichen Anlagenbetrieb, Langzeit-Energiespeicherung, erneuerbarer Kraftstoff oder Umstieg auf grüne Prozesswärme: Schon jetzt zeigt Power to Gas seine Stärken allein in Deutschland bereits in über 30 Anlagen. Das für die Anlagenplanung erforderliche Genehmigungsverfahren ist jedoch für Planer, Generalunternehmer wie Behörden nach wie vor unübersichtliches Terrain und damit eine schwer kalkulierbare Kostenkomponente. Es fehlt an klaren Leitlinien und umfassendem Wissen zum aktuellen Stand der Technik und den anzuwendenden Regeln.

Im Projekt PORTAL GREEN wurde deshalb ein Leitfaden erstellt, der inhaltlich in zwei Teile gegliedert ist. Während der erste Teil sich mit genehmigungsrechtlichen Aspekten auseinander setzt, liegt der Schwerpunkt des zweiten Teils auf den Themen Planung, Bau und Betrieb von Power-to-Gas-Anlagen. Das gesamte Kompendium wird nun in das DVGW-Regelwerk integriert. So wird sichergestellt, dass das erarbeitete Wissen zukünftig Bestandteil des täglichen Handwerkszeugs aller Prozessbeteiligten wird. Davon werden wichtige Impulse für die Projektierung weiterer PtG-Anlagen ausgehen und der Einsatz der Technologie im großtechnischen Maßstab kann weiter Fahrt aufnehmen.

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines innovativen Bewertungssystems (Pipeline Integrity Management System, PIMS) für die Betriebssicherheit von Leitungen zum Transport von wasserstoffreichen Gasen.

Folgende Teilziele wurden im Verlauf des Vorhabens erreicht:

• Entwicklung von Methoden zur Umnutzung bestehender Erdgasleitungen für den Transport von Wasserstoff und wasserstoffhaltigen Gasen.
• Anfertigung von Konzepten für die Instandhaltungsstrategie von Erdgastransportleitungen für Wasserstoff und wasserstoffhaltige Gase.
• Erstellung eines Sicherheitskonzepts für den Transport von Wasserstoff und wasserstoffhaltigen Gasen.

Methanol ist ein wichtiger chemischer Grundstoff für die chemische Industrie und die Energiewirtschaft. Die Herstellung erfolgt bisher in großtechnischen Anlagen aus fossilen Rohstoffen. Bei hohen Temperaturen und Drücken entsteht aus den kohlenstoffhaltigen Ausgangsstoffen ein Synthesegas, das an einem Katalysator unter hohem Energieaufwand zu Methanol umgesetzt wird.

Das Konsortium unter Federführung der TU Bergakademie hat ein effizientes Verfahren entwickelt, das die CO₂-Abtrennung aus Biogas oder Abgasen mit der Methanolsynthese kombiniert und milde Prozessbedingungen ermöglicht. Dabei kann das im Waschmittel gebundene CO₂ direkt am Katalysator mit dem benötigten Wasserstoff zu Methanol reagieren, ohne vorher ausgetrieben zu werden. Durch diese innovative Maßnahme können die Prozessparameter deutlich gesenkt und eine hohe Energieeinsparung erzielt werden.

Partner: DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, TU Bergakademie Freiberg, John Brown Voest, Amtech

Im Projekt werden Kohlenstoffmembranen als Trenntechnologie für Wasserstoff-Erdgas-Gemische entwickelt und am Versuchsaufbau mit Realgasen getestet. Ziel ist mithilfe der Membranen den Wasserstoffgehalt in Gasgemischen situativ auf < 1 Vol.-% zu senken bzw. auf > 99 Vol.-% anzureichern. Die Membranen wären damit für den Einsatz an kritischen Erdgasnetzund Infrastrukturpunkten, wie CNGTankstellen, geeignet, welche unter derzeitigen Bedingungen lediglich Konzentrationen von < 2 Vol.-% erlauben.

Partner: DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Fraunhofer IMWS

Ziel des Projektes ist die Evaluierung und Optimierung eines integrierten Systems zur hocheffizienten Nutzung von elektrischer Energie, Wärme- und Kälteenergie bereitgestellt auf Basis von 100% grünem Wasserstoff.

Dieses System ist charakterisiert durch:

• ein H2-BHKW auf Basis von Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen (NT-PEM-BZ),
• ein H2-basiertes Wärmeerzeugermodul inkl. Brennwertnutzung,
• eine leistungselektronische Verbundlösung zur parallelen Nutzung der elektrischen Energie auf AC und DC Level,
• eine auf die Anwendung abgestimmte innovative Speicherlösung für thermische und elektrische Energie,
• und ein abgestimmtes strahlungsbasiertes Klimatisierungssystem mit Wärmepumpe

Partner: DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Fraunhofer IMWS, TU Bergakademie Freiberg, inhouse engineering GmbH, Enasys

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) hat den Förderantrag „Entwicklung innovativer, hocheffizienter Technologien zur Aufbereitung von Biogas/Biomethan über die komplette Wertschöpfungs- und Verwertungskette“ (inTeBi) bewilligt. Das Leittechnologie-Gesamtprojekt bestand aus insgesamt fünf Teilprojekten.

Einreichende Mitgliedsvereinigung des Leittechnologie-Gesamtprojekts ist die Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW). Kooperierend traten die Forschungsvereinigungen DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. sowie der Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) auf.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) hat den Förderantrag „Entwicklung innovativer, hocheffizienter Technologien zur Aufbereitung von Biogas/Biomethan über die komplette Wertschöpfungs- und Verwertungskette“ (inTeBi) bewilligt. Das Leittechnologie-Gesamtprojekt bestand aus insgesamt fünf Teilprojekten.

Einreichende Mitgliedsvereinigung des Leittechnologie-Gesamtprojekts ist die Deutsche Vereinigung des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW). Kooperierend traten die Forschungsvereinigungen DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. sowie der Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) auf.

Die Speicherung von Erdgas erfolgt saisonübergreifend in Untergrundspeichern. Bei der Lagerung in unterirdischen Gasspeichern nimmt das Gas dabei sehr leicht Feuchtigkeit auf. Die Trocknung erfolgt in der Regel durch Triethylenglykol(TEG)-Absorptionstrocknungsanlagen. Die Regeneration des TEGs wird mittels Destillation bei 190°C bis 205 °C und einem Wassergehalt im TEG zwischen 2,0 – 0,5 Ma.-% durchgeführt. Durch die damit verbundene thermische Alterung des TEG, muss dieses regelmäßig ausgetauscht werden. Für Stillstandphasen während den Ausspeiseperioden muss das TEG in der Destillationskolonne auf einer konstant hohen Stand-by Temperatur (>> 100 °C) bereitgehalten werden und verursacht damit einen zusätzlichen hohen Energieverbrauch.

Als Alternative zur der konventionellen TEG-Aufbereitung wurde eine Pilotanlage zur TEG Trocknung mit anorganischen Membranen geplant und auf einem Erdgasspeicher errichtet. Vor der Errichtung und Inbetriebnahme der Anlage wurden die keramischen Membranen unter realen, prozessnahen Bedingungen untersucht und stetig in ihren Trenneigenschaften weiterentwickelt.

Die Projektziele waren die Darstellung der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit der dezentralen, diskontinuierlichen Erzeugung und Nutzung von Synthesegas aus regenerativ erzeugtem H₂ und biogenem CO₂, die Evaluierung der Verfügbarkeit von CO₂ aus Klärgas und erforderlicher Aufbereitungsschritte sowie die
Bewertung der Hochtemperatur reversen Wassergas-Shiftreaktion (rWGS)

Partner: DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg, atalysis, Miltitz Aromatics

Damit das Stromnetz auch in Zukunft sicher und zuverlässig betrieben werden kann, müssen leistungsfähige, effiziente und kostengünstige Speichermöglichkeiten entwickelt werden. Die Kopplung von Strom- und Gasnetzen in ihrer Funktion als Energiespeicher könnte bisher noch nicht genutzte Potentiale bieten.

Die DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg übernimmt die Leitung des Projekt „KonStGas“, welches im Rahmen der „Förderinitiative Energiespeicher“ mit rund 3,1 Millionen Euro gefördert wird. In dieser ressortübergreifenden Initiative stellt das BMU gemeinsam mit dem BMWi und dem BMBF in einer ersten Phase bis 2014 rund 200 Millionen Euro für Forschungsvorhaben bereit. Ziel ist es, eine große Bandbreite von Speichertechnologien für Strom, Wärme und andere Energieträger weiter zu entwickeln.

Am 01. September wurde die durch das BMBF geförderte Maßnahme „Eisenoxide als effiziente und kostengünstige Katalysatoren zur Aufbereitung und stofflichen Nutzung biogener Gase“ gestartet. Dieses Vorhaben gehört zum Programm „Unternehmen Region“ für die Neuen Bundesländer, womit das BMBF die Bildung regionaler Netzwerke unterstützen will, die für Ihre Region ein klar erkennbares, innovatives Profil entwickeln sollen. Inhaltlicher Schwerpunkt des gestarteten Vorhabens ist der Einsatz von eisenhaltigen Materialien in der Energiewirtschaft, zum Beispiel als Katalysatorsystem für chemische Synthesen oder Abgasreinigungsverfahren bzw. Adsorbentien für die Reinigung biogener Gase.

Im Mittelpunkt des Vorhabens steht ein zweitägiger Fachkongress, auf dem Leistungsträger aus der Wirtschaft, Wissenschaft, Gesellschaft und Politik zusammenfinden und Einsatz- sowie Entwicklungsmöglichkeiten von eisenhaltigen Materialien in der Energiewirtschaft diskutieren. Dieser Fachkongress fand am 23. und 24. Februar 2016 in Leipzig statt. Im Vorfeld werden Workshops anberaumt, in denen themenfeldbezogen die inhaltliche Ausrichtung des Fachkongresses, der Stand von Wissenschaft und Technik sowie Leitlinien für zukünftige Entwicklungen ausgearbeitet werden. Als Ergebnis des Innovationsforums soll ein starkes, regional orientiertes Netzwerk entstehen, das gezielt neue Märkte für eisenhaltige Materialien durch Etablierung von Wertschöpfungsketten und Initiierung marktorientierte Forschungsvorhaben erschließt.