Die Projektpartner
Kurz-Portrait
Das 2017 an der Universität Bremen gegründete Advanced Energy Systems Institute (AES) hat sich zum Ziel gesetzt, wissenschaftliche Durchbrüche in nachhaltigen und resilienten Energiesystemen zu erzielen. Dabei zielt das AES auf die Herausforderungen der aktuellen Transformation des Energiesystems und entwickelt interdisziplinäre Lösungen in Form von Verfahren, Komponenten und Systemen. Im aktuellen Fokus sind dabei elektrochemische Speichersysteme, optimierte Konversionssysteme für Energieträger und ihre resiliente Integration in bestehende und neu zu entwickelnde Gesamtsysteme der Energieversorgung. Forschung und Ausbildung am AES reichen von der Material- und Prozessentwicklung bis hin zu gesellschaftlichen Fragestellungen und verbinden technische mit sozial-ökologischen Aspekten.
Aktivitäten im Projekt
Die Arbeiten der Universität Bremen umfassen eine technologieoffene Bewertung von Power-to-Liquid Prozessketten hinsichtlich technischer, ökonomischer und ökologischer Faktoren. Unter Anwendung der Methode „Superstructure Optimierung“ werden optimale Prozesskonfigurationen für verschiedene Anforderungsregime identifiziert. Neben den originären Teilprozessen zur Herstellung strombasierter Kraftstoffe werden dabei auch mögliche Synergien mit biomassebasierten Pfaden betrachtet.
Für die strombasierte Herstellung von Jet Fuel über das Zwischenprodukt Methanol werden umfassende techno-ökonomische sowie ökobilanzielle Analysen erstellt. Dies inkludiert neben generischen Betrachtungen den konkreten Anwendungsfall an der Raffinerie Heide. Dabei wird den spezifischen Rahmenbedingungen am Standort, unter Berücksichtigung von Schnittstellen mit Bestandsprozessen, Rechnung getragen.
Ein flexibler Anlagenbetrieb wird anhand dynamischer Prozesssimulationen auf Ebene der Teilprozesse sowie im Weiteren integriert für die Power-to-Liquid Anlage analysiert. Im Kontext steigender Anteile fluktuierender EE-Einspeiser bzw. veränderter Anforderungen des Stromsektors erscheint ein angepasster Betrieb zielführend. Durch eine Kopplung mit dem Stromnetzmodell des DLR werden verschiedene Betriebsstrategien hinsichtlich ihrer Systemdienlichkeit, inkl. Einfluss auf EE-Abregelungen in der Region, untersucht.
Die Universität Bremen ist für die Verbundkoordination verantwortlich und in den Bereichen Öffentlichkeitsarbeit, Quervernetzung und Nachwuchsförderung aktiv.
Kurz-Portrait
Chemieanlagenbau Chemnitz (CAC) ist ein international führendes Unternehmen für Anlagenbau in der Prozess- und Verfahrenstechnik. In den Geschäftsbereichen Anorganische Chemie, Raffinerie und Petrochemie, Gastechnik sowie Industrieanlagen bietet CAC das gesamte Leistungsspektrum eines Engineering- und Anlagenbauunternehmens an. Das beginnt bei der Konzeptfindung, geht über die Planung und schlüsselfertige Errichtung und reicht bis zur Inbetriebnahme von komplexen Anlagen und Teilanlagen – immer in enger Kundenrücksprache. Mit rund 400 Mitarbeitern, 270 am Unternehmenssitz in Chemnitz, hat CAC in mehr als 55 Jahren weltweit über 500 Industrieanlagen errichtet.
Aktivitäten im Projekt
Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC) hat konzeptionell ein Verfahren zur Herstellung von synthetischem Kerosin entwickelt. Dieses Prozesskonzept soll im Projekt weiterentwickelt werden und es soll ein Basic Engineering für eine Demonstrationsanlage erstellt werden. Gemeinsam mit dem Projektpartner TU Bergakademie Freiberg (TU BAF), Professur für Reaktionstechnik, werden im Labormaßstab weitere Versuche zum Katalysatorscreening ausgeführt. CAC führt auf dieser Basis alle Daten zusammen und implementiert die erarbeiteten Ergebnisse in ein Prozessmodell. Auf dieser Basis führt CAC das Basic Engineering für eine Demonstrationsanlage aus, welche am Standort des Projektpartners Raffinerie Heide GmbH errichtet werden soll. Diese Demonstrationsanlage wird die Umwandlung von Methanol zu synthetischem Kerosin vollständig demonstrieren.
Im Rahmen des Basic Engineering erarbeitet CAC neben Spezifikation aller notwendigen Ausrüstungen ein 3D-Modell der Demonstrationsanlage sowie auch eine Kostenschätzung. Dieses Basic Engineering inklusive dieser Kostenschätzung soll Basis sein, um in einer zweiten Phase die Demonstrationsanlage errichten zu können.
CAC wirkt im Steuerungskreis des Verbundprojektes mit und beteiligt sich aktiv an den Vorbereitungen der Phase 2 dieses Verbundvorhabens.
Kurz-Portrait
Das Institut für Vernetzte Energiesysteme im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt Technologien und Konzepte für eine nachhaltige Energieversorgung. Ziel ist es, trotz der Wetterabhängigkeit erneuerbarer Energien sowie zunehmend dezentraler Strukturen, ein stabiles und effizientes Energiesystem sicherzustellen.
Mit seinen Abteilungen Stadt- und Gebäudetechnologien, Energiesystemtechnologie und Energiesystemanalyse widmet sich das Institut vor allem systemtechnischen Fragestellungen zur intelligenten und effizienten Sektorenkopplung in den Bereichen Strom, Wärme und Mobilität. Betrachtet werden Systemebenen von der Einzelanlage über das ‚smarte‘ Gebäude bis hin zu vernetzten Wohnquartieren und Städten. Zudem bewertet das Institut anhand eigenentwickelter Netzstrukturmodelle sowie mit den Methoden der Technologiebewertung Energiesysteme auf nationaler und internationaler Ebene.
Aktivitäten im Projekt
Das Institut für Vernetzte Energiesysteme des DLR bearbeitet mit seinen Abteilungen Energiesystemanalyse und Energiesystemtechnologie das Teilvorhaben „Integration eines Power-to-Fuel-Anlagenmodells in das regionale und überregionale Energiesystem“. Inhaltlich steuert die Abteilung Energiesystemanalyse zum einen Kompetenzen in den Bereichen Simulation, Optimierung und Bewertung von Energiesystemen bei und entwickelt zum anderen detaillierte Stromnetzmodelle für die Implementierung, Simulation und Bewertung von Flexibilitätsoptionen.
Für die Erzeugung großer Mengen regenerativen Kerosins wird es voraussichtlich nicht ausreichen, allein jenen Anteil der Windenergie zu nutzen, der den momentanen Bedarf übersteigt. Deshalb soll der zusätzliche Strombedarf dem lokalen Versorgungsnetz entnommen werden. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig zu prüfen, ob sich der Lastfluss im Netz dadurch signifikant verändert und womöglich Engpässe zu befürchten sind. Um diese für die Versorgungssicherheit relevanten Fragen zu klären, modelliert das Institut für Vernetzte Energiesysteme die Integration der geplanten Anlage in das Stromnetz. Dafür nutzt die Abteilung Energiesystemanalyse die eigens entwickelte Open-Source-Netzplanungssoftware "eGo" und adressiert die folgenden Fragen: Was passiert, wenn dem Netz große Strommengen entnommen werden? Ist die regionale Versorgung weiterhin sichergestellt? Wieviel ansonsten kurzfristig nicht benötigte Windenergie wird dadurch verwertet? Und wieviel CO2 lässt sich bei der Produktion des Treibstoffs einsparen?
Des Weiteren untersucht das Institut in seiner Abteilung Energiesystemtechnologie den konkreten operativen Einsatz der Anlage und analysiert verschiedene Betriebsmodi für eine optimierte Anlagenintegration. Dabei werden die realen technischen Systemeigenschaften charakterisiert, modelliert und in einer auf den konkreten Netzanschlusspunkt bezogenen Studie untersucht.
Kurz-Portrait
Wir sind Deutschlands Klimaschutzinstitut und forschen zu den wichtigsten Fragen der Energie- und Mobilitätswende. Wir analysieren, bewerten und entwickeln Strategien zur Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen. Dabei liegt unser Hauptaugenmerk auf den Wechselwirkungen zwischen Klimaschutz, Recht, Ökonomie und Politik.
Unter der wissenschaftlichen Leitung des Direktors Prof. Dr. Michael Rodi arbeiten am IKEM rund 50 Wissenschaftler_innen zusammen. Das Institut genießt den Status eines An-Instituts der Universität Greifswald und ist als gemeinnütziger Verein anerkannt. Seit 2017 engagiert sich das IKEM als Nichtregierungsorganisation bei den Vereinten Nationen.
Aktivitäten im Projekt
Ziel des IKEM-Teilvorhabens ist es, ein Konzept für die erste Phase des Vorhabens zu entwickeln, das mit dem aktuellen regulatorischen Rahmen vereinbar ist. Dafür übernimmt das IKEM die Bearbeitung rechtswissenschaftlicher Fragestellungen. Im ersten Schritt erfolgt die Identifikation allgemeiner regulatorischer Hemmnisse (insb. staatlich veranlasste Preisbestandteile beim Strombezug, Vorgaben für die Datenverarbeitung in vernetzten Systemen) aber auch Anreizmechanismen (Privilegien, „grüne“ Produkteigenschaft, EE-Kraftstoffquoten) im Kontext des Untersuchungsgegenstands. Auf den allgemeinen Ausführungen zum regulatorischen Rahmen basierend erfolgt in einem iterativen Prozess mit den übrigen Projektpartnern die Konstruktion eines rechtlich machbaren und optimalen Konzepts auf Grundlage des rechtlichen Status quo. Die Herausforderung liegt hier darin, die gleichermaßen technisch, wirtschaftlich und rechtlich optimale zugeschnittene Lösung für die konkrete Anwendung zu erarbeiten Insbesondere unterstützt das IKEM bei der Vorbereitung für die konkrete Umsetzung des Konzepts in die Praxis. Abschließend werden die sich aus der Untersuchung des Rechtsrahmens ergebenden Anpassungsmöglichkeiten (z. B. in Bezug auf die „grünen“ Eigenschaft des Kerosins, Privilegierungen für CO2-Bezug) aufgezeigt.
Kurz-Portrait
Die Raffinerie Heide GmbH mit Sitz in Dithmarschen, Schleswig-Holstein, ist Deutschlands nördlichster Rohölverarbeiter. Auf insgesamt 134 Hektar Fläche verarbeitet das Unternehmen jährlich ca. 4,5 Millionen Tonnen Rohöl. Gut 70 % des Rohöls werden für die Produktion von Treibstoffen verwendet. Somit kommt ein bedeutender Anteil des in Schleswig-Holstein verbrauchten Benzin- und Dieseltreibstoffs aus der Raffinerie Heide. Außerdem produziert das Unternehmen Flugturbinenkraftstoff, mit dem vor allem der Flughafen Hamburg beliefert wird. Über die Produktion von Treibstoffen hinaus werden jährlich rund 450.000 Tonnen petrochemische Produkte in der Raffinerie in Hemmingstedt hergestellt. Die Raffinerie Heide ist Partner der Energiewende-Projekte WESTKÜSTE100 und KEROSyN100.
Aktivitäten im Projekt
Gemeinsam mit der Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH (CAC) arbeitet die Raffinerie Heide derzeit an dem Basic Engineering für den Bau einer Demonstrationsanlage auf dem Gelände der Raffinerie Heide zur Herstellung synthetischen Kerosins. Schwerpunkt der Aktivitäten der Raffinerie Heide ist die Planung der Integration einer solchen Anlage in die Raffinerielandschaft. Die Demonstrationsanlage wird auf einer Fläche von rund 1000 Quadratmetern im Süden der Raffinerie Heide stehen. In der Anlage sollen aus Methanol und Wasserstoff zunächst Olefine und in einem weiteren Schritt synthetische Kraftstoffe, hauptsächlich Kerosin, aber auch synthetisches Benzin und Diesel hergestellt werden. Insgesamt können in der Demonstrationsanlage rund 1000 Tonnen Produkt entstehen. Das Basic Engineering wird voraussichtlich im Herbst 2021 abgeschlossen, die weiteren Schritte sind noch nicht terminiert.
Kurz-Portrait
Die Professur für Reaktionstechnik ist Teil des Instituts für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen an der TU Bergakademie Freiberg. Die Professur befasst sich im Besonderen mit der Untersuchung von heterogen katalysierten Prozessen. Im Zentrum der Forschungsaktivitäten stehen anwendungsbezogene Fragestellungen in den Themengebieten Abgasreinigung, CO2-Minderung sowie der Erzeugung synthetischer und biogener Kraftstoffe. Schwerpunkt neben der Entwicklung neuer chemischer Prozessrouten ist hierbei die wissensbasierte Neu- und Weiterentwicklung der eingesetzten Katalysatormaterialien. Zusätzlich zu Laborapparaturen und Technikumsanlagen für Aktivitätsuntersuchungen selbstentwickelter und kommerzieller Katalysatoren stehen dafür am Institut umfangreiche analytische Möglichkeiten zur Verfügung, von der physikalisch-chemischen Charakterisierung von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen bis hin zur Beobachtung von Reaktionen auf Feststoffoberflächen.
Aktivitäten im Projekt
Die TU Freiberg arbeitet im Projekt KEROSyN100 an der Entwicklung und technischen Umsetzung der Prozesskette zur Synthese von Kerosin ausgehend vom Rohstoff Methanol. Das Verfahren setzt sich im Kern aus drei katalysierten Teilprozessen zusammen. In der ersten Prozessstufe wird Methanol bei hohen Temperaturen unter Einsatz eines Katalysators selektiv zu kurzkettigen Olefinen umgesetzt (Methanol-to-Olefins). Diese Olefine können in einem zweiten katalysierten Schritt, der sogenannten Olefin-Oligomerisierung, zu flüssigen Kohlenwasserstoffen weiterreagieren, welche nach einer abschließenden Hydrierung als Kraftstoffe eingesetzt werden können.
Im Rahmen des Projekts untersucht das Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen alle drei Prozessstufen sowohl in Laborreaktoren als auch in einem ersten Skalierungsschritt in Technikumsanlagen im Litermaßstab. Die Versuche dienen dem Verständnis des Zusammenspiels von Prozessbedingungen, eingesetzten Katalysatormaterialien und den resultierenden Produktzusammensetzungen und -eigenschaften. Neben einem tiefgreifenden Einblick in die Mechanismen und ablaufenden Reaktionen der Syntheseroute liegt der Fokus der wissenschaftlichen Arbeit insbesondere auf der Auswahl und Verbesserung der verwendeten Katalysatoren, um die Ausbeute und Selektivität zum Zielprodukt Kerosin über die gesamte Prozesskette zu maximieren. Die in den Labor- und Technikumsanlagen gewonnen Daten und Erkenntnisse fließen im engen Austausch mit den Projektpartnern direkt in die Prozessentwicklung und das Basic Engineering ein. Ziel ist es, zum Ende der Projektlaufzeit unter den optimalen Prozessbedingungen und dem Einsatz geeigneter Katalysatoren mehrere Liter synthetischen Kerosins bereitzustellen und dessen Eigenschaften hinsichtlich der Eignung als Turbinenkraftstoff zu charakterisieren.
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