Heft 11 - 2014
| S E E - S p e z i a l - Power-to-Gas – Das BMBF-Verbundprojekt SEE zeigt
Lösungsansätze durch Betrachtung der Gesamtprozesskette auf Dr.-Ing Dipl.-Wirt.-Ing. Frank Graf, Dipl.-Ing. Dominic Buchholz Die Erzeugung elektrischer Energie durch Wind und Sonne unterliegt starken zeitlichen Schwankungen. Da im Stromnetz zu jeder Zeit genau so viel Energie entnommen wie eingespeist werden muss, steigt die Notwendigkeit, mit zunehmender Nutzung erneuerbarer Energien zum Ausgleich große Mengen an elektrischer Energie flexibel ein- und ausspeichern zu können. Die verfügbare Kapazität der vorhandenen Speichervarianten für elektrische Energie ist zur mittel- bis langfristigen Speicherung unzureichend. |
| S E E - S p e z i a l - Energieforschung am Karlsruher Institut für Technologie – das KIT-Zentrum Energie Dr. Wolfgang Breh Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erfüllt eine doppelte Mission: als Universität des Landes Baden-Württemberg und als nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft. Innerhalb dieser Missionen positioniert sich das KIT im Wissensdreieck Forschung – Lehre – Innovation. Mit seinen rund 9.400 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, davon mehr als 6.000 in Wissenschaft und Lehre, seinen über 24.500 Studierenden und einem Jahresbudget von knapp 800 Millionen Euro stellt das KIT eine der größten Forschungs- und Lehreinrichtungen in Europa dar. Die großen Forschungsthemen werden von den KIT-Zentren abgebildet. In diesen bearbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Fragen, die von fundamentaler Bedeutung für die Existenz und Weiterentwicklung der Gesellschaft sind oder sich aus dem Streben nach Erkenntnis ergeben. Das größte der sieben KIT-Zentren ist das KIT-Zentrum Energie. |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 1a: Konstruktion eines PEM-Elektrolyseurs Dipl.-Ing. (FH) Claus Würfel, Dipl.-Phys. Uwe Küter Ziel war die Entwicklung eines PEM-Elektrolyseurs (PEM = Polymer Electrolyte Membrane) mit einem ausgangsseitigen Wasserstoffdruck von 30 bar, um den für die Methanisierung benötigten Druck direkt mit der Elektrolyse zu erzeugen und damit auf eine Verdichterstufe verzichten zu können. Als Basis diente ein von H-TEC entwickelter Prototyp eines PEM-Elektrolyseurs mit einem Betriebsdruck von 10 bar, bestehend aus einem PEM-Stack (Stack = Stapel) und einem System zum Versorgen und Betreiben des Stacks. |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 1b: Systemoptimierung und BetriebsfĂĽhrung der PEM-Elektrolyse Beatrice Hacker, Peter Gesikiewicz, Dr. Tom Smolinka Bedingt durch ihre vorteilhaften Eigenschaften erscheint vor allem die PEM-Elektrolyse ein geeignetes Verfahren zur elektrolytischen Wasserstofferzeugung durch Kopplung an erneuerbare Energien. |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 2a: Drei-Phasen-Methanisierung Dipl.-Ing. Manuel Götz, Dr.-Ing Dipl.-Wirt.-Ing. Frank Graf, Dipl.-Ing. Jonathan Lefebvre, Dr.-Ing Siegfried Bajohr, Prof. Dr.-Ing. Rainer Reimert Die Methanisierung ist eine stark exotherme Reaktion, die meist mit Nickel als Aktivkomponente katalysiert wird. Typische Reaktorkonzepte sind Festbett- und Wirbelschichtreaktoren, mit verschiedensten Vor- und Nachteilen |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 2b: Zwei-Phasen-Methanisierung Dr.-Ing. Tanja Schaaf, Dr.-Ing. Jochen Grünig Die Studie beinhaltet die Untersuchung verschiedener Anlagengrößen und Gasgemische zur Methanisierung von CO2 in einer Anlage mit Festbettreaktoren. Im Rahmen einer vergleichenden Analyse werden die entwickelten Konzepte nach technischen und ökonomischen Gesichtspunkten gegenübergestellt. Darüber hinaus sind eine experimentelle Charakterisierung verschiedener Katalysatoren und deren Einflüsse auf den Betrieb in das Projekt integriert. Bei den experimentellen Untersuchungen werden herkömmliche Festbettkatalysatoren zur CO-Methanisierung bei verschiedenen Betriebsparametern wie der Katalysatorgasbelastung GHSV, der Reaktoreingangstemperatur und der Reaktorausgangstemperatur untersucht. |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 3: Auswahl und Synthese von thermostabilen ionischen Flüssigkeiten Dr. Jan Wimberg, Hülya Schnetzer, Dr. Thomas J. S. Schubert Ionische Flüssigkeiten (IL) sind salzartige Verbindungen, die ausschließlich aus Ionen bestehen und einen ungewöhnlich niedrigen Schmelzpunkt aufweisen. Sie sind schwer entzündbar, verfügen über einen vernachlässigbaren Dampfdruck und häufig über eine hohe thermische Stabilität. |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 4: Brennwertanpassung Dipl.-Ing. Maria Iglesias Gonzalez, Prof. Dr.-Ing. Georg Schaub Die gestellten Aufgaben wurden mit einer Kombination von experimentellen und rechnerischen Methoden bearbeitet: Es erfolgten stationäre und instationäre Labor-Experimente in einer Festbettapparatur wie auch die mathematische Modellierung der Laboranlage zur Auswertung und Übertragung auf einen technischen Festbettreaktor, nachdem eine Validierung mit den eigenen experimentellen Ergebnissen vorgenommen worden war (zu Reaktionskinetik, Katalysatorverhalten bei instationärer Betriebsweise etc.). |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 5: Betrachtungen des Gesamtsystems
im Hinblick auf Dynamik und Prozessintegration Dr. Thomas Aicher, Dipl.-Ing. Maria Iglesias Gonzalez, Prof. Dr.-Ing. Georg Schaub, Dipl.-Ing. Manuel Götz Elektrische Energie kann im Erdgasnetz in Form von Substitute Natural Gas (SNG) gespeichert werden. Dazu ist es gegebenenfalls erforderlich, Wasserstoff in Methan umzuwandeln und zur Brennwertanpassung synthetische Gaskomponenten mit höherem Brennwert beizumischen (z. B. gasförmige Kohlenwasserstoffe Ethan bis Butan, erzeugt aus H2 und CO2 – siehe Arbeitspaket 4). Ein solchen besteht aus einem PEM-Elektrolyseur, einem Kompressor und einem Wasserstoff-Speicher. Der Speicher muss vorgesehen werden, um die anschließende Methanisierung und Brennwertanpassung1 nicht allzu starken Lastschwankungen auszusetzen. Am Ende werden die Quellen für das Kohlenstoffdioxid, die Nutzung des Sauerstoffs aus der Elektrolyse sowie die Nutzung der Abwärme betrachtet. |
| S E E - S p e z i a l - Arbeitspaket 6: Gasnetzanalysen und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christoph Brunner, Dipl.-Ing. Alexander Thomas Im Zentrum von Arbeitspaket 6 stand neben detaillierten Gasnetzanalysen auch die Bewertung der Wirtschaftlichkeit von Power-to- Gas(PtG)-Anlagen. Die Schwerpunkte der Gasnetzanalyse lagen vor allem in der Spezifikation der technischen Anforderungen an die Gaseinspeisung, der Bestimmung des Potenzials zur Gasbezugsvermeidung und der Verfügbarkeit von vorhandenen Gasspeicherkapazitäten sowie der Identifikation möglicher Standortkategorien für PtG-Anlagen in Baden-Württemberg. Bestandteil der Untersuchungen zur Wirtschaftlichkeit waren neben der Abschätzung der Gasgestehungskosten auch der Vergleich unterschiedlicher Einsatzkonzepte und die Einordnung der Technologie in das zukünftige Energiesystem. |
| Normen, Regelwerke und Kommentare zum Erhalt der Wassergüte Dr. Peter Arens Diverse DIN- und EN-Normen, die Arbeitsblätter des DVGW, die Richtlinien des VDI, verschiedene Kommentare zu den Normen, die Bewertungsgrundlagen des Umweltbundesamtes – und über allem natürlich die Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001): Für Planer, Fachhandwerker und Hausbesitzer bzw. Betreiber wird die rechtssichere Vorgehensweise zum Erhalt der Trinkwassergüte zunehmend unübersichtlicher. Im Zweifelsfall sollten sich Anwender an den strengeren Vorgaben orientieren! |
| Trinkwasserqualität schützen – auch im Gebäude Arnd Bürschgens Die Gewährleistung einwandfreier Trinkwasserqualität ist ein zentrales Thema der Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001). Ohne geeignete Sicherheitseinrichtungen ist der Anschluss von Nicht-Trinkwassersystemen an Trinkwasser-Installationen gemäß §17 Abs. 6 TrinkwV 2001 generell verboten. Der vorliegende Beitrag beschreibt die hygienischen Risiken beim Anschluss von Apparaten und Anlagen und welche aktuellen Standards für Sicherheitseinrichtungen einzuhalten sind. |
| Temporäre Temperaturmessungen an Trinkwasser-Installationen Dipl.-Ing. Wolfgang Hentschel Einblick in grundlegende technische und physikalische Grundlagen der temporären Temperaturmessung an Trinkwasser-Installationen und die Bedeutung „richtiger“ Temperaturmessungen |
| Situationsanalyse der kleinräumig strukturierten Wasserversorgung in Süddeutschland am Beispiel Bayerns Dr.-Ing. Christian Platschek, PD Dr.-Ing. habil. Steffen Krause, Univ. Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Günthert Unabhängig von der Unternehmensgröße gelten für Wasserversorger in Deutschland die gleichen technischen Vorgaben und Anforderungen an die Trinkwasserqualität. Um eine sichere Wasserversorgung in den Bereichen der Ressource, der Anlagentechnik und des Betriebes zu gewährleisten, müssen alle Wasserversorgungunternehmen (WVU) nachhaltig und zukunftsorientiert handeln. Sich verändernde Randbedingungen wie der Klimawandel oder der demografische Wandel treffen kleinere WVU in besonderem Maße. Im Rahmen eines DVGW-Forschungsprojekts wurde eine Vorgehensweise zur eigenständigen Standortbestimmung kleiner WVU entwickelt und beispielhaft in Bayern angewendet. |
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