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Chemischer
Gleichgewichtsrechner

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CO2-Emission

Sowohl im Verkehrssektor als auch bei der Energieerzeugung werden heute in erster Linie Verbrennungssysteme zur Umwandlung der in Brennstoffen gebundenen chemischen Energie in die gewünschte Nutzenergie verwendet. Da die Verbrennung fossiler Brennstoffe als einer der größten Verursacher von menschgemachtem Kohlendioxid gilt, sind Reduktionsmaßnahmen für CO2 und damit eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs ein inzwischen fest in die technische Entwicklung von Verbrennungssystemen integrierter Bestandteil geworden. Als aktuelle Forschungsschwerpunkte werden Untersuchungen zur Verbesserung der Energienutzung und deren technische Realisierung durchgeführt.
Eine kurze Einführung über die schädliche Wirkung von Kohlendioxid auf das Klima ist beim Umweltbundesamt Berlin einzusehen.


 

Im Rahmen dieses Schwerpunkts werden folgende Forschungsprojekte bearbeitet:


Fortschrittliche direkte Biogas-Brennstoff Einheit für die robuste und kostensparende dezentrale Wasserstofferzeugung
(BIOROBURplus)
BioROBURplus baut auf die Ergebnisse des FCH JU BioROBUR Projektes auf (Direkter, oxidativer Biogas-Dampfreformer) um eine vorkommerzielle Brennstoffverarbeitungseinheit, die 50 mN3 (d.h. 107 kg/Tag) 99.0%-igen Wasserstoff aus verschiedenen Biogastypen (Deponie, anaerobe Verarbeitung organischer Abfälle, anaerobe Verarbeitung von Abwasserschlämmen) auf kostensparende Weise erzeugt. Die Energieeffizienz der Biogasumwandlung zu H2 wird aufgrund folgender technologischer Neuerungen 80% auf HHV-Basis übersteigen:
  • erhöhte interne Wärmerezirkulation ermöglicht die Minimierung der Luftzufuhr zum Reformer aufgrund strukturierter zellulärer Keramiken die mit stabilen und recyclebaren Edelmetallkatalysatoren, die eine erhöhte Verkokungsresistenz aufweisen, beschichtet sind.
  • eine angepasste Druck-Temperatur Swing Adsorption (PTSA), die in der Lage ist Rückführung von Wärme sowohl unter Druck als auch bei niederen Temperaturen zu gewährleisten um die H2 Abtrennung von CO2 und N2 zu ermöglichen.
  • ein rekuperativer Brenner der auf Basis zellulärer Keramiken der in der Lage ist die niederkalorischen PTSA-Produktgase zu verwenden und so Wärme für die oben genannten Prozesschritte zur Verfügung zu stellen.
 
Gestaltungsvorschlag für den BioRoburplus Produktgasbrenner

Die ergänzend in BioROBUR bereits entwickelten technologischen Inovationen (fortschrittliches modulares System für die Luft/Dampf-Kontrolle zur Begrenzung der Verkokung; catalytic trap hosting WGS functionality and allowing decomposition of incomplete reforming products; etc.) werden es erlauben, alle Projektziele innerhalb des Projektrahmens zu erfüllen.
 
Poster zu Zentrum Energie Jahrestagung

Innovative large-scale energy STOragE technologies AND Power-to-Gas concepts after Optimisation
(STOREandGO)

Im “STORE&GO” Projekt werden drei innovative "Power to Gas" (PtG) Speicherkonzepte an Standorten in Deutschland, Schweiz und Italien demonstriert um technische, ökonomische, soziale und gesetzliche Beschränkungen für deren Einsatz zu überwinden. Diese Vorführanlagen werden den Weg für eine Integration des PtG-Specherkonzepts in flexible Energieversorgungs- und -verteilungssysteme mit einem hohen Anteil regenerativer Energien ebnen. Durch die Verwendung des Methanisierungsprozesses als Brückentechnologie wird im Projekt dargestellt und erforscht auf welche Art diese innovativen PtG-Konzepte dazu in der Lage sind die Hauptproblematiken erneuerbarer Energiequellen zu lösen: Fluktuierende Erzeugung erneuerbarer Energien; Die Berücksichtigung erneuerbarer Energien in suboptimalen Verteilernetzen; Kosten; Fehlende Speicherlösungen für erneuerbare Energie auf lokaler, nationaler und europäischer Ebene. Gleichzeitig werden PtG-Konzepte zur Bereitstellung von Erdgas oder SNG in der existierenden, sehr großen europäischen Infrastruktur beitragen und den bereits vorteilhaften und kontinuierlich verringerten ökologischen Fußabdruck als primärem/sekundärem Energieträger verbessern. Daher wird SORE&GO zeigen, dass PtG-Konzepte die Lücken, die mit erneuerbaren Energien und deren sicherer Bereitstellung verknüpft sind, überbrücken können. STORE&GO wird die Akzeptanz erneuerbarer Energietechnologien durch die Demonstration der Brückentechnologie an drei "lebenden" Standorten in Europa erhöhen.

 

 

Im Rahmen dieses Schwerpunkts wurden in den vergangenen Jahren auch folgende Forschungsprojekte bearbeitet:


AP2000 Klärung der Trennmechanismen
(METPORE II - Nanostrukturierte, metallgetragene Keramikmembranen für die Gastrennung in fossilen Kraftwerken)
Das METPORE II Verbundprojekt untersucht die Abtrennung von Kohlendioxid (CO2) aus Rauchgasen mittels keramischer Membranen, um das aufkonzentrierte CO2 im CCS-Verfahren effizienter in entsprechende Speicherstrukturen verpressen zu können. Diese Strategie zur CO2-Abtrennung aus Gasgemischen kann prinzipiell auch bei anderen Verfahren (Biogasaufbereitung) eingesetzt werden, die ebenfalls von der thermischen und chemischen Stabilität keramischer Membranen profitieren.  
Im Teilprojekt am Lehrstuhl Verbrennungstechnik des Engler-Bunte-Instituts sollen die Mechanismen bei der Kohlendioxid/Stickstoff- (CO2/N2)-Trennung mittels unterschiedlicher Membranen aufgeklärt werden, um aus diesen Erkenntnissen Designstrategien für optimierte Membranen ableiten zu können. Zu diesem Zweck sollen die Diffusionskoeffizienten der Gasmoleküle für die Membranen nach der Wicke-Kallenbach-Methode untersucht werden. Neben den Majoritätenkomponenten Stickstoff und Kohlendioxid wird mit dem Versuchsstand auch die Rolle von Wasserdampf als Bestandteil von Rauchgasen bei der Coadsorption als wichtigen Schritt der Permeation untersucht, dazu kann Wasserdampf dem synthetischen Rauchgas in weitem Konzentrationsbereichen zudosiert werden. Bei der Untersuchung werden moderne Gasmischstationen eingesetzt, für die Gaskonzentrationsmessung wird ein Quadrupolmassenspektrometer mit hoher Messempfindlichkeit und weitem Messbereich verwendet.
Dieses Projekt wird vor Ort durch ein weiteres Teilprojekt zur Degradations- bzw. Beständigkeitsmessung an den Membranen der DVGW-Forschungsstelle ergänzt, beide Teilprojekte nutzen hierbei synergetisch die Gasinfrastruktur und Gasanalytik.




Cost-effective CO2 conversion into chemicals via combination of Capture and Electrochemical and Biochemical Conversion
(CELBICON)
Die Umwandlung von CO2 in wertvolle Chemikalien oder Treibstoffe in Verbindung mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff hat das Potential sich zum strategischen Ziel der nächsten Jahrzehnte entwickeln. Dies würde nicht nur zur Reduktion von Treibhausgasemissionen bedeuten, sondern auch die Möglichkeit bieten einige der bisher verwendeten fossile Rohstoffe durch regenerativ erzeugte zu ersetzen. In diesem Zusammenhang soll im Rahmen des EU-finanzierten Projekt CELBICON (Cost-effective CO2 conversion into chemicals via combination of Capture, ELectrochemical and BIochemical CONversion technologies) eine neue Technologie zur Umwandlung von CO2 in Chemikalien entwickelt weden, die durch ihre hohe Effizienz auch im kleinen Maßstab vor allem zum Einsatz in Kombination mit den dezentral vorkommende erneuerbaren
Energien geeignet ist. 
Der CELBICON Prozess, dargestellt in der oberen Abbildung, beinhaltet die Abscheidung vonCO2 aus der Atmosphäre und deren Umwandlung in Synthesegas in einem elektro-katalytischemReaktor mit anschließender Biotechnologischer Umwandlung und Weiterverarbeitung in verschiedene Endprodukte (z.B.Isopren oder Biokunststoffe).

 

Das KIT ist im CELBICON Projekt dafür verantwortlich eine energieeffiziente Bereitstellung des Feedstocks für die Elektro-katalytische Einheit, die aus einer CO2/Wasser Lösung bei erhöhter Temperatur und Druck besteht. Da der Energieverbrauch der Lösung von CO2 in Wasser vom Energieaufwand für die Kompression des gasförmigen CO2 dominiert wird, wird das KIT auf der Grundlage von aktuellen Entwicklungen eine neue Methode zur Kompression und
gleichzeitigen Lösung von CO2  in Wasser erforschen.