Energieforschung

Europäischen Energiesystem durch erneuerbare Energiequellen ersetzt werden. Die Stromerzeugung
aus biogenen Rohstoffen (Biostrom) kann bei diesem Übergang eine Schlüsselrolle übernehmen. Vor
diesem Hintergrund sollen im Vorhaben AG-Power innovative Lösungen für die effiziente Produktion
von Biostrom und Biokoks aus landwirtschaftlichen Reststoffen entwickelt und unter
praxisrelevanten Bedingungen validiert werden. Der Fokus liegt dabei auf einer Verfahrenskopplung
der Biomassegasifizierung zur Erzeugung von Synthesegas (Hauptbestandteile H2 und CO) mit der
Gasturbinentechnologie zur Stromproduktion aus Synthesegas. Mit diesem System, das als BTC
(Biomass-fired Top Cycle) bezeichnet wird, können elektrische Wirkungsgrade von bis zu 55 % und
elektrische Erträge (Strom/Wärme-Verhältnis) von bis zu 1,4 erreicht werden. Im Vorhaben wird die
Erzeugung von Synthesegas aus landwirtschaftlichen Reststoffen in einem neuartigen
Wirbelschichtreaktor erforscht, der auf einer Kombination von stationären und zirkulierenden
Wirbelschichten beruht und die Koproduktion von Synthesegas und Biokoks mit anschließender
Abtrennung von Biokoks vom Produktgemisch ermöglicht. Ziel des Vorhabens AG-Power ist es, BTC-
Anlagen für die Koproduktion von Biostrom und Biokoks mit einer höheren Leistung, einem höheren
Anteil der Stromerzeugung und einer größeren Rohstoffflexibilität zu entwickeln und für den
Markttransfer vorzubereiten. Das Vorhaben soll die Vorteile des BTC-Systems gegenüber dem
derzeitigen Stand der Technik hinsichtlich der Prozesseffizienz, Flexibilit, Produktqualität und
Wirtschaftlichkeit demonstrieren.

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• Ansprechperson IWU: Felix Baitalow
( felix.baitalow@iec.tu-freiberg.de, +49 3731 394511)

Der Europäische Green Deal strebt bis 2050 eine wettbewerbsfähige und klimaneutrale EU-Wirtschaft an, wobei die Dekarbonisierung der europäischen Industrie und des Verkehrssektors auf der Grundlage der Erzeugung erneuerbarer Energieträger von entscheidender Bedeutung ist. Erneuerbares Wasserstoff (grünes H2) gilt als Schlüsselkomponente in der skizzierten Lösung zur Erreichung der Klimaneutralitätsziele des Green Deal bis 2050. Der Hauptgrund, warum fossile Brennstoffe immer noch als Rohstoff für die H2-Erzeugung gewählt werden, sind ihre geringeren Kosten. Daher ist die Senkung der Investitions- und Betriebskosten der Produktion von erneuerbarem Wasserstoff von entscheidender Bedeutung, um eine deutliche Verlagerung hin zu grünem H2 zu erreichen. Zu den Hauptzielen von SAHARA gehört die Entwicklung einer neuartigen Photoelektrode mit hoher Materialausnutzung, erhöhter Lebensdauer und niedrigem Gehalt an kritischen Materialien (CRM) unter Verwendung innovativer Beschichtungsverfahren. Darüber hinaus sollen bahnbrechende Zelldesigns entwickelt und die Systemintegration umgesetzt werden, um die Effizienz zu steigern. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts ist die Sicherstellung von Nachhaltigkeit und hoher Recyclingfähigkeit durch durchdachtes Design. Dies wird durch die transnationale Zusammenarbeit möglich, die Fachwis-sen in den Bereichen Katalysator- und Elektrodenherstellung, Photoreaktordesign und -tests, Recycling sowie wirtschaftliche und ökologische Bewertung bündelt. Das SAHARA-Projekt steht im Einklang mit dem Ziel des Europäischen Green Deal, bis 2050 eine klimaneutrale Wirtschaft zu erreichen. Mit dem Schwerpunkt auf TRI 3 geht es auf den Bedarf an erneuerbarer Wasserstoffproduktion ein, die für die Klimaneutralität von entscheidender Bedeutungist. SAHARA zielt darauf ab, die photokatalytische solare H2-Produktion voranzutreiben und mit innovativen Materialien, bahnbrechenden Designs und Nachhaltigkeitsmaßnahmen zu den Zielen von CM2023-05 beizutragen, wobei die Zieltechnologie-TRL 6 angestrebt wird. Relevanz des Projekts:
Die direkte solare Wasserstoffproduktion von SAHARA trägt zur Energiewende bei, indem sie 100% erneuerbaren Wasserstoff liefert, intermittierende Energiespeicherung ermöglicht, die Netzbelastung reduziert, die Energieunabhängigkeit erhöht, den technologischen Fortschritt vorantreibt und ein integriertes System für effiziente Lichtabsorption und Wasserspaltung bietet. Das Projekt wird die Grenzen der solaren  Wasserstofferzeugung erweitern, die Technologie näher an den Markt bringen, die Kosten senken und die Nachhaltigkeit verbessern.

Kontakt
• Ansprechperson IWS: Filofteia-Laura Toma
( filofteia-laura.toma@iws.fraunhofer.de, +49 35183391 3191)

• Ansprechperson IKTS: Anja Meyer
( anja.meyer@ikts.fraunhofer.de, +49 351 2553 7726)

Das Ziel des Projektes CladPipe4H2 ist die Entwicklung, Herstellung und Erprobung kosteneffizienter
und innovativer, metallischer Werkstoffkombinationen in Form von Rohren und Rohrkomponenten
für die sichere und effektive Speicherung und den Transport von Wasserstoff (H2), insbesondere für
stationäre und mobile Hochdruckanwendungen mit gasförmigem H2 (300 – 700 bar). Diese
Materialkombinationen bestehen aus einem Grundmaterial, das den mechanischen Anforderungen
entspricht, und einem Auflagewerkstoff, der als H2-Barriere dient und eine H2-Beständigkeit besitzt.
Im Fokus stehen Anwendungen wie Behälter, Rohrleitungen und Pipelines für die Speicherung und
den Transport von gasförmigem Wasserstoff, die diesen hohen Drücken und einer großen Anzahl von
Lastzyklen ausgesetzt sind.

Kontakt
• Ansprechperson TU Chemnitz: André Leonhardt
( andre.leonhardt@mb.tu-chemnitz.de, +49 371 531 30355)

Das Projekt HYDROMINE zielt darauf ab, ehemalige Bergbau- und Steinbruchgebiete zur Energie-speicherung mittels Pumpspeicherkraftwerken (PSW) zu nutzen. Der Fokus liegt auf der Entwicklung kleiner und mittelgroßer Pumpspeicherkraftwerke, die als kosteneffiziente Lösung zur Unterstützung regionaler Netto-Null-Emissions-Energiesysteme dienen sollen. Das Projekt hat zum Ziel, das europäische Potenzial für solche Anlagen in stillgelegten Bergbaugebieten zu untersuchen und eine Datenbank dieser Ressourcen zu erstellen. Des Weiteren ist die Entwicklung neuer Technologien vorgesehen, welche anschließend in einem Demonstrator getestet werden sollen, um deren Funktion und Effizienz zu evaluieren. Das Projekt reagiert auf aktuelle Herausforderungen der Energiewende. Der Ausbau erneuerbarer Energien führt zu einer unregelmäßigen Stromerzeugung, sodass flexible Energiespeicher erforderlich sind. Pumpspeicherkraftwerke gelten dabei als die ausgereifteste Technologie und machen derzeit rund 98 Prozent der weltweiten Energiespeicherkapazität aus. HYDROMINE leistet nicht nur einen Beitrag zur nachhaltigen Energieversorgung, sondern auch zur Umgestaltung postindustrieller Landschaften durch die Wiedernutzbarmachung von Bergbau-standorten. Die Forschungsarbeiten umfassen die Entwicklung umweltfreundlicher Rohrleitungen zur Verbindung der Speicherbecken sowie den Einsatz reversibler Pumpen als Turbinen, um die Wirtschaftlichkeit kleiner PSW-Anlagen zu verbessern. Das Projekt vereint Partner aus mehreren europäischen Ländern, darunter Forschungseinrichtungen und Industriepartner, die gemeinsam an der Entwicklung innovativer Lösungen für die Energiespeicherung arbeiten. Die Ergebnisse werden skalierbare und replizierbare Modelle liefern, die die regionale Entwicklung unterstützen und gleichzeitig zur Erreichung der Klimaziele beitragen. Die Technische Universität Chemnitz (CUT) mit dem Forschungscluster MERGE und das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) sind zentrale Akteure im Projekt HYDROMINE. Die Technische Universität Chemnitz (CUT) ist für die Entwicklung und Auswahl umweltfreundlicher Rohrwerkstoffe für die PSW-Anlagen verantwortlich, führt Simulationen zur Auslegung der Rohrgeometrien durch und baut eine Demonstrations-Pipeline. Das Fraunhofer IWU ist für die Entwicklung eines umweltfreundlichen Rohrleitungssystems sowie die Qualitätssicherung durch zerstörungsfreie Prüfmethoden verantwortlich. Darüber hinaus tragen beide Partner zur Datenerhebung und Standortbewertung für PSW-Anlagen in Deutschland bei. Ein weiterer Fokus liegt auf der ökologischen Bewertung der neuen Systeme, um eine hohe Ressourceneffizienz und einen geringen CO2-Fußabdruck zu gewährleisten.

Kontakt
• Ansprechperson IWU: Susanne Kroll
( susanne.kroll@iwu.fraunhofer.de, +49 351 4772 2061)

• Ansprechperson TU Chemnitz: Katharina Götz
( katharina.goetz@mb.tu-dresden.de, +49 371 531 30497)

Das Projekt Enhance Europe befasst sich mit der Anwendung eines Energiegewinnungssystems, das aus einem Asphalt-Solarkollektor besteht, der auf dem flexiblen Straßenbelag angebracht ist. Asphaltkollektoren bestehen aus Strukturen, die in die Straßenbelagsschichten eingebettet sind, um die durch Sonneneinstrahlung  entstehende Wärme zu extrahieren. Dank der Wärmeumwandlung kann erneuerbare und leicht verbrauchbare Energie erzeugt werden, um die Energieversorgungsanlagen von Gebäuden entlang der Straßen zu integrieren. Das Projekt ermöglicht die Reduzierung der Oberflächentemperatur, wodurch ein lebenswerter Stadtbereich für die Stadtbewohner geschaffen wird, der den Stadtplanungsvorschriften entspricht und das Phänomen der städtischen Wärmeinsel reduziert wird, insbesondere in der Sommersaison. Die Systeminstallation kann in die städtische Umgebung integriert werden, ohne das kulturelle Erbe der Landschaft zu beeinträchtigen. Das Projekt ist für die Integration sauberer Energie in die bebaute Umwelt relevant, da es eine Lösung für die Wiederverwendung der von den Verkehrsinfrastrukturen gesammelten Sonnenstrahlung schafft und lokale Unterstützung generiert, um langfristig Nachhaltigkeit für die Gebäude und allgemein für die Stadt zu erreichen. Dieses Projekt ermöglicht es, den Energieverbrauch und die (Betriebs-)Kosten großer Gebäude (Einkaufszentren, Terminals, Parkplätze, Gebäudetechnik) zu senken, indem die Wärmeübertragung vom Belag auf die Gebäude Steckbrief Forschungsprojektförderung EuProNet realisiert wird. Es trägt zu offenen Plattformen für die gemeinsame Nutzung von Daten und Modellen (digitale Zwillinge) zur Unterstützung der Energiewende bei.

Kontakt
• Ansprechperson IWU: Alexander Pierer
( alexander.pierer@iwu.fraunhofer.de, +49 37153971203)