Anwendung von grünem Gas - Anwendungsentwicklungen für Wasserstoff Gefördert durch
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Anwendung von
grünem Gas
Anwendungsentwicklungen für Wasserstoff
Gefördert durch:
Projektpartner:
Entwicklung- und
Anwendungsforschung für die
Windenergie und Speichersysteme
Beispiele: Forschungstransfer aus der
September 2018 – Januar 2019 Hochschule in die Wirtschaft
Wasserstoffstudie Lune Delta und Beispiele:
Fischereihafen Bremerhaven
2020 Anwendungsforschung
GoodWind! September 2018 – Wasserstoff
September 2020
Alternative Kraftstoffe:
Herstellung von SNG und LNG im
Labormaßstab.
Prof. Dr.-Ing. Carsten Fichter Einsatz von Wasserstoff in der
Mobilität und Logistik.
Beratung und Simulation
Wasserstoff Microgrids, Bau eines
Beispiele: Labormicrogrid.
Simulationstool zur Modellierung der Wertschöpfung Wind –
PV – Wasserstoff – SNG – LNG – Anwendungen.
Umsetzungsempfehlungen Energieprojekte
Technologiezentrum Nordenham und Stadt Nordenham.
Strategiekonzept zur Neuausrichtung der zukünftigen grünen
Energiewirtschaft im Landkreis Wesermarsch.
Global Hydrogen 44 Mio t. 2016
(Germany ~ 4%)
Global H2 supply … Global H2 demand …
5% 1% 9%
45%
50%
90%
Electrolysis Coal Gasification Steam Methane Reforming Mobility Energy Industry
H2 prices (supply) f (cost of electricity, tax, operating hours) 5 – 9 €/kg* 7,7 – 11,7 €/kg**
H2 prices (demand) Industry 2 - 7 €/kg*** Mobility 4 - 6 €/kg*** Energy 2.5 - 9 €/kg***
10.06.2020 3 CertifHY;
Source: Freedonia; Hydrogen Generators GIA; Navigant;
***Siemens, **DENA, *calculation
Green Fuels
Elektrolyse Wasserstoff Speicherung
Wind
Photovoltaik
Methanol
Verflüssigung
Grünes CO2
Methan
Stickstoff
Biomasse E-Fuels
Bilerquellen: Innogy SE; ledkia.com Synthese Ammoniak
10.06.2020 4
Kraftstoffproduktion (Power to Fuel)
Erneuerbare Elektrolyseur Synthese: PtG,
Energie Verflüssigung, PtL
H2 O2
SNG
Methanol
+ -
LH2
Diesel
Wasser CO2
PtX Elektrolyseur PtG Verflüssigung PtL Gesamt
Methan 71% 75% 96% x 51%
Diesel 71% x x 75% 53%
Methanol 71% x x 75% 53%
LH2 71% x 83% 59%
10.06.2020 5
Nach: DNV-GL – „Alternative fuels and innovative technologies“, Malte Zeretzke
Normierte Energiedichte verschiedener
Kraftstoffe
100,0
Li-Ionen
MJ/kg per MJ/kg Diesel
10,0 LOHC
Methanol increasing volume,
higher weight
Diesel
1,0
LNG
decreasing volume,
Gasoline
l-H2 c-H2 higher weight
0,1
1,0 10,0 100,0
MJ/m³ per MJ/m³ Diesel
Mobilität: Schifffahrt:
Kurzstreckenfahrzeuge: Batterie Binnenschifffahrt / Küstenbereich: Methanol / H2
Mittel- und Langstrecke: Wasserstoff Hochseeschifffahrt: LNG
E-Fuels für den Transportsektor Oberleitung Batterie Hybrid E - Fuels 10.06.2020 nach: innogy SE 7
Welche Fahrzeuge / Transportmittel sind von Interesse:
• Fahrzeuge die eine hohe Verfügbarkeit aufweisen müssen.
• Fahrzeuge die weite Distanzen zurücklegen (Batterie
Nahbereich, H2 Fernbereich, Kopplung durch Range Extender).
• Fahrzeuge, die zyklisch an Ihren Ausgangspunkt
zurückkommen.
8 - 15 kg/100 km
Tanks auf dem Dach, 350 bar,
Betankung alle 1 – 2 Tage z.B. für
Quelle: bizz-energy.com; taxi-times.com; ziegler.de; edison.handelsblatt.com; faun.com eine Reichweite von 350 km
Logistik / Transport / Beförderung
10.06.2020 Quelle: STILL, retailtechnology, eurogate, golem.de, emobilitaet.online
9
CO2 Emission Well to Propeller
Today Future
Exlploration &
Production
Transport
Processing
Distribution
Application
10.06.2020
10
Source: Hensing, Dein-Stadt-Shirt; thumbs.dreamstime, industr.com, Ugly Ships - WordPress.comVergleich CO2 Emissionen Kreuzfahrt
2016 CO2 Emission
Germany per capita CO2 per Passenger + Crew
Queen Mary 2 HFO
CO2 per Passenger + Crew
Queen Mary 2 Bio LNG
8,8 tCO2/a
CO2 per Passenger +
Crew Queen Mary 2
1,1 tCO2/trip Fuel Cell
0,01 tCO2/trip
0 tCO2/tripAnwendungsgebiete von grünem H2
in der Industrie
Stahlherstellung / Glühen, Härten, Sintern und zur Gasabschreckung Stahlindustrie
Metallverarbeitung: Schweißen und Schneiden: Als Formier- sowie als Schutz- und Brenngas
Stahlherstellung: Direktreduktion (Reduktion CO2 Emissionen ~ 50%)
Raffinerien: Weiterverarbeitung
85% des
Chemie: Als wichtiges Molekül in einer Vielzahl chemischer Produkte, etwa in H2 Bedarfs
Ammoniak, Methanol, hydrierten Kohlenwasserstoffen
Glas: Herstellung Floatglas, Quarzglas und Bearbeitung (Feuerpolieren)
Polysilizium/ Solar: Reaktion mit Trichlorethan in der Siliziumproduktion
Energie: Kühlgas für Generatoren in Kraftwerken
Nahrung/ Hydrieren von Fettsäuren
Speiseöle: Härten von Margarine
Produktion von Zuckeraustauschstoffen
Tracer für Packgas (MAP Verfahren)
Elektronik: Schutzgas bei der Herstellung von Bauelementen und Halbleitern
Lichttechnik: Herstellung von Leuchtmitteln und Lichtwellenleitern
Luft- und Treibstoff für Raketen, Energieversorgung Raumstationen
Raumfahrt:
Quelle: sunfire.deEinsatzfeld Wärme
• Einsatz von Wasserstoff als
Brennstoff
• Abwärme Elektrolyseur für
(a) Lune Delta
(b) Nahwärmenetz
(c) Aquakultur
Quelle: hpsEinsatzfeld Sauerstoff
• Müll – Heiz – Kraftwerk, Erhöhung des
Verbrennungsgrades.
• Kläranlage, in Belebungsbecken zur Reduzierung der
Schaumbildung von Schlämmen, Reduzierung von
Geruchsproblemen, zur Steigerung des dynamischen
Verhaltens, platzsparender, Reduzierung der
Verdichterkosten, jedoch höhere Betriebskosten.
• Aquakultur: z.B. Lieferung von O2 und Abwärme (30°C).
Quellen: Green Economy Bremerhaven, Bremerhavener Entsorgungsgesellschaft
(mbH),ernährungs umschauWasserstoff – Anwendungsforschung
in Bremerhaven
Kooperationsforschung
Mrz. 2020 – Dez. 2021
Förderung: 20 Mio. €
Ziele:
1. Untersuchung der Interaktion von 2 x 1 MW
Elektrolyseuren, gekoppelt mit einer WEA
2. Untersuchung der Anwendungsfälle:
– Herstellung von alternativen Kraftstoffen:
Herstellung von SNG und LNG im Labormaßstab.
H2 Vorstudie – Untersuchung und Anwendungen für den
Sept. 2018 – Jan. 2019 Einsatz von Wasserstoff in der Mobilität und
Logistik.
Ziele: Definition der – Entwicklung eines Wasserstoffbackofen für die
Wasserstoffpotential im Backwarenindustrie
Fischereihafen und Lune – Entwicklung eines Wasserstoff Microgrids, Bau
eines Labormicrogrid.
Delta Bremerhaven
– Entwicklung einer Wasserstoff LIDAR Offshore
Boje
https://wind-wasserstoff-bremerhaven.de/Teilstudie: E-Fuels – Alternative Kraftstoffe
• Überblick
SABATIER
Grüne Überschussenergie Elektrolyse H2 CH4
Prozess
➢ Geeigneter Energiespeicher für fluktuierende erneuerbare Energien CO2
➢ Reduzierung der GHG Emissionen durch CO2 Recycling und Umwandlung
• Exemplarische Anwendung
10.06.2020 16Teilstudie: Mobilität und Logistik
Anwendungen in Bremerhaven
• Umrüstung LKW
Verbrennungsmotor oder
Brennstoffzelle
• Kommunale Fahrzeuge
Stadtreinigung,
Müllsammelfahrzeuge
• Emissionsarme Kleinlieferwagen
im Fischereihafen, Flughafen
• ÖPNV, Tourismus Hafenbus
Bremerhaven
Nächste Schritte:
Identifizierung der Einsatzmöglichkeiten und Partner
Recherche zu verfügbarer Technologie
10.06.2020 17Teilstudie: Wasserstoffbackofen
Entwicklung eines Wasserstoff-Ofens
• Ziel: Bau und Umrüstung eines Gasbackofens zur Verbrennung von Wasserstoff
(Prototyp mit einer Leistung von ca. 10 kW)
• Aufgrund der besonderen chemischen Eigenschaften von Wasserstoff muss ein
spezieller Brenner verwendet werden-mit folgenden Anforderungen:
• Der zugeführte Wasserstoff in den Brenner muss vollständig verbrannt werden
• Der Brenner darf ein bestimmtes Temperaturniveau nicht überschreiten (u.a. Vermeidung der
Bildung von Stickoxiden)
• Es werden verschiedene Sensoren benötigt um den Verbrennungsprozess zu steuern/ zu
überwachen (u.a. Massenflusssensoren, Wasserstoffsensoren und Infrarotsensoren)
H2
O2
H2O H2O
Nächste Schritte:
• Konstruktion eines Wasserstoffbrenners
• Zusammentreffen zwischen Ofenbauer
und Brennerhersteller
Grundprinzip der Wasserstoffverbrennung im
10.06.2020 18
Backofen (ttz Bremerhaven)Teilstudie: Labor Microgrids
Regional begrenzte Gebiete, die sich vollständig aus erneuerbaren
Energien versorgen
• Microgrids mit selbsterzeugtem Wasserstoff:
• Wasserstoff als Speichermedium zum Ausgleich von fluktuierenden
Einspeisungen, z. B. Photovoltaikanlagen
• Fokus auf Fragen der Sicherheit, Lebensdauer, Benutzerfreundlichkeit,
Wartungsfreiheit und Energieautarkie
• Microgrids mit Fremdbezug von Kraftstoffen, die von konventioneller
auf erneuerbare Energieversorgung umgestellt werden sollen:
• z. B. Schiffe
• Fokus auf Speicherdichte, kontinuierlicher Versorgung und Betriebssicherheit
10.06.2020 19Teilstudie: Labor Microgrids
Schematische Darstellung Labor Microgrids (Hochschule Bremerhaven)
10.06.2020 20Teilstudie Labor Microgrids Regional begrenzte Gebiete, die sich vollständig aus erneuerbaren Energien versorgen • Aufbau eines Microgrid-Testlabors an der Hochschule Bremerhaven • Untersuchung der Anwendungsmodelle der Eigenerzeugung sowie der Fremdversorgung mit Treibstoff im Labor-Testbetrieb • Erstellung eines Handlungsleitfadens zur Bereitstellung für Unternehmen • Lebenszyklusanalyse/Ökobilanzierung (TTZ Bremerhaven) 10.06.2020 21
Kontaktinformation Prof. Dr.-Ing. Carsten Fichter Professur für Windenergietechnik, Energiewirtschaft und Speicherung Bremerhaven University of Applied Sciences An der Karlstadt 8 D-27568 Bremerhaven, Germany Tel.: +49(0)471 4823 546 E-Mail: carsten.fichter@hs-bremerhaven.de www.hs-bremerhaven.de www.fk-wind.de 10.06.2020 22
Kontaktinformation M.Sc. Sara Hritz Projektkoordination Wasserstoff am ttz Bremerhaven ttz Bremerhaven Am Lunedeich 12 D-27572 Bremerhaven, Germany Tel.: +49(0)471 80934 157 E-Mail: shritz@ttz-bremerhaven.de www.ttz-bremerhaven.de 10.06.2020 23
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