EL-Cat - Gewinnung eines chemischen Grundstoffs aus Kohlendioxid und Grünem Strom
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EL-Cat – Gewinnung eines chemischen Grundstoffs aus Kohlendioxid und Grünem Strom Klimaschädliches Kohlendioxid in den für die chemische Industrie essentiellen Rohstoff Kohlenmonoxid umwandeln Wie das geht, wird im deutsch-französischen Forschungsprojektes EL-Cat untersucht. Dazu entwickeln die Wissen- schaftler einen Elektrolyseur, der erstmalig ohne teure Platingruppenmetalle auskommt. Er erreicht eine hohe Durchlässigkeit der Anionenaustauschmembran, braucht aber nur moderate Temperaturen. Die chemische Industrie setzt auf Grün! Weg von fossilen Das Konsortium des vorgestellten Verbundprojekts stellt Energieträgern hin zu erneuerbarem Strom. Das ist ein eine binationale Forschungsgemeinschaft dar, welche bedeutender Teil des Power-to-X-Ansatzes. Hierbei dient sich dem Thema einer innovativen sektorübergreifen erneuerbar und nachhaltig produzierter Strom dazu, den Technologielösung mit Nutzung von Erneuerbaren Kohlendioxid (CO2) nutzbar zu machen. Besonders viel Energien widmet. Neben den technisch-wissenschaftlichen versprechend und zukunftsweisend ist der Ansatz, das Treib- Fragestellungen werden ebenso wichtige wirtschaftliche als hausgas elektrochemisch in den für die chemische Industrie auch sozioökonomische Aspekte beleuchtet. Das EL-Cat- wertvollen Rohstoff Kohlenmonoxid umzuwandeln. Die Projekt wird in mehrfacher Hinsicht von der Zusammen- Weltjahresproduktion beläuft sich auf 75 Millionen Tonnen arbeit zwischen französischen und deutschen Universitäten pro Jahr. Es dient als wichtiges Zwischenprodukt für die und Unternehmen sowie dem Wissensaustausch profitieren. Herstellung von petrochemischen Produkten und Kunst- stoffen. Bislang werden für die Produktion in erster Linie Zuerst wird die Universität Paris Diderot einen selektiven die fossilen Brennstoffe Methan und Kohle verwendet. Katalysator für die elektrokatalytische Umwandlung von Forscher im Projekt EL-Cat wollen nun eine neue und CO2 zu Kohlenmonoxid entwickeln. Das Besondere ist, zugleich bis dato beispiellose CO2-Reduktionstechnologie dass dieser Katalysator zusammen mit neuen hochporösen soweit entwickeln, dass auf Basis der Ergebnisse eine Elektroden eingesetzt wird, die aus Papier bestehen. Sie Maßstabsvergrößerung bis zur industriellen Produktion werden von der Papiertechnischen Stiftung entwickelt. möglich wird. Im Vergleich zu bestehenden Kohlenmonoxid- Produktionsprozessen kommt es zu einer deutlichen Das Forschungszentrum Jülich verarbeitet dann die Senkung von CO2-Emissionen. Werden für den Prozess hergestellten neuartigen Elektroden zusammen mit Erneuerbare Energien genutzt, ist die Produktion des dem entwickelten Elektrokatalysator zur sogenannten Kohlenmonoxids CO2-frei. Membran-Elektroden-Einheit (englisch: Membrane
Electrode Assembly, MEA). Diese Membran-Elektroden-
Fördermaßnahme
Einheit, die den Katalysator und die Elektroden mit
Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von
einer Anionenaustauschmembran verbindet, werden zu Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung
einzelnen Zellen oder als Verbünde zu Stacks verbaut. und Entwicklung für eine Nachhaltige Energieversorgung
Europas
Air Liquide testet zum Schluss die entwickelten Zellen
Projekttitel
und Stacks in einem eigens entwickelten Prüfstand und
Anionen Exchange Membrane – Elektrokatalyse zur
bewertet die Technologie. Dieser Prüfstand erlaubt es, die
CO2-Konvertierung zu CO
Stacks entsprechend industrieller Standards ausreichend
kontrollieren und qualifizieren zu können. Insbesondere Laufzeit
sollen dazu Kurz- und Langzeittests erarbeitet werden, um 01.10.2019–30.09.2022
die Leistung des Stacks anhand spezifischer Kenndaten
Förderkennzeichen
wie Langlebigkeit, Robustheit, Selektivität zu prüfen und
03SF0586
zu bewerten.
Fördervolumen des Verbundes
Papierbasierte ca. 1,5 Millionen Euro
Beschichtung Elektroden
NANO
Kontakt
Dr. Vanessa Gepert
Platinfreier Katalysator
AIR Liquide Forschung & Entwicklung GmbH
Gewinnerstraße 27–33
60388 Frankfurt am Main
Stack-Montage Telefon: 069 5808-5638
E-Mail: vanessa.gepert@airliquide.com
Projektpartner
Nachhaltiges Forschungszentrum Jülich GmbH; Papiertechnische Stiftung;
Stack- Université de Paris, Laboratoire d‘Electrochimie Moléculaire,
Kohlenmonoxid
Untersuchung CNRS; Air Liquide – Paris Innovation Campus
CO2 Impressum
EL-Cat-Prüfstand Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Referat Energie; Wasserstofftechnologien
53170 Bonn
Ablauf im Forschungsprojekt EL-Cat.
Stand
Neben der Ermittlung der Kenndaten werden in Kooperation Januar 2021
mit dem Air Liquide Paris Innovation Campus auch
Redaktion und Gestaltung
Untersuchungen von Stack-Komponenten durchgeführt, Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH
um Aussagen über Deaktivierungs- und Degradations- AIR Liquide Forschung & Entwicklung GmbH
mechanismen im Dauerbetrieb zu erhalten. Das Ziel ist
es, Expertise und Know-How im Bereich der CO2-Elektro Bildnachweise
S. 1: AdobeStock/nik.bernadsky
katalyse mit Anionenaustauschermembran aufzubauen
S. 2: Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH
und die Laborprozesse in einen industrierelevanten
Maßstab zu überführen.
Außerdem kann die neu entwickelte Technologie auch dafür
genutzt werden, Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu
zerlegen.
bmbf.de
CatVIC – Mit Power-to-X grünen Wasserstoff produzieren und Kohlendioxid verwerten Ein innovatives Power-to-X-System für einen chemischen Industriepark entwickeln Zukunftsweisende Konzepte zur Energie- und Rohstoffversorgung sind für den Klimawandel notwendig. Dabei müssen erneuerbare Energien in vorhandene und neue Prozessketten eingebunden sowie die Kohlendioxidemissionen reduziert werden. Diese Herausforderungen adressiert das Projekt CatVIC. Ziel des deutsch-französischen Forschungsverbundes ist es, ein innovatives Power-to-X-System für einen chemischen Industriepark zu entwickeln. Eine grüne Wasserstoff- produktion wird mit unvermeidlichen Kohlenstoffdioxidemissionen kombiniert. Die energieintensive Industrie liefert CO2 und erhält wichtige Rohstoffe zurück. Das Treibhausgas gelangt nicht in die Atmosphäre. Das schont das Klima. Das deutsch-französische Forschungsprojekt CatVIC es etliche Verwendungen für ihn. Der erzeugte Wasserstoff möchte herausfinden, wie erneuerbare Energien in einem kann beispielsweis als Energieträger in den Wasserstoffmarkt chemischen Industriepark (Roches-Roussillon, Roussillon, eingespeist werden. Oder es entstehen in einem nächsten Frankreich) so eingesetzt werden können, dass Kohlen- Schritt durch die Verbindung mit dem nicht-vermeidbaren stoffdioxid eingespart werden kann und Stoffkreisläufe Kohlenstoffdioxid wertvolle kohlenstoffhaltige Verbindungen geschlossen sind. Dazu setzen die Forschenden ein inno- (wie Methanol), die wieder im chemischen Industriepark vatives Power-to-X-System auf. Es basiert auf der grünen Roches-Roussillon benötigt werden. Das reduziert CO2- Wasserstoffproduktion mit Hochtemperatur-Elektrolyse. Emissionen des Industrieparks und schont die Umwelt. Es verwertet unvermeidliche CO2-Emissionen der energie intensiven Industrie und liefert gleichzeitig wichtige Rohstoffe, die in der chemischen Industrie dringend gebraucht werden. Dieses System entwickeln die Forscher bis zur Pilotreife. CO2 als wichtiger Rohstoff für die chemische Industrie So funktioniert das Power-to-X-System: In einem ersten Schritt wird mit Strom aus erneuerbaren Energien Wasser in grünen Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Hier kommt das Verfahren der Hochtemperatur-Dampf-Elektro lyse zum Einsatz. Ist der Wasserstoff erst produziert, gibt Das Schema des Projektes CatVIC.
Eine Herausforderung ist die Verfügbarkeit der erneuer-
Fördermaßnahme
baren Energien, da diese nicht konstant zur Verfügung
Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von
stehen, sondern schwankend anfallen. Das muss bei der Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung
Auslegung des Gesamtsystems sowie der Auswahl ge und Entwicklung für eine Nachhaltige Energieversorgung
eigneter Einzelprozesse berücksichtigt werden. Europas
Projekttitel
Die wirtschaftliche Tragfähigkeit des Gesamtsystems
Katalytische Valorisation von industriellem Kohlenstoff (CatVIC)
kann durch die Erzeugung von Chemikalien mit hoher
Wertschöpfung gewährleistet werden. Das Konsortium Laufzeit
sieht in dem gewählten Power-to-X-Verfahren eine viel- 01.10.2019–30.09.2022
versprechende, übertragbare Lösung, um große Mengen
intermittierender erneuerbarer Energien in Form von Förderkennzeichen
03SF0581
Wertprodukten zu speichern und damit den Kohlenstoff-
kreislauf der industriellen Treibhausgas-Emittenten im Fördervolumen des Verbundes
Rahmen einer Kreislaufwirtschaft zu schließen. ca. 2,8 Millionen Euro
Power-to-X Pilotanlage im deutsch-französischen Kontakt
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Industriepark
(MPI-CEC)
Das Forschungsprojekt CatVIC befasst sich mit wissen-
Dr. Holger Ruland
schaftlichen Untersuchungen und technologischen Stiftstr. 34–36
Entwicklungen im Labormaßstab. Es werden technisch- 45470 Mülheim a. D. Ruhr
wirtschaftliche, sozioökonomische und umweltbezogene Telefon: 0208 306-3701 | Fax: 0208 306-3591
Bewertungen durchgeführt, um den Power-to-X-Prozess E-Mail: holger.ruland@cec.mpg.de
zu bewerten.
Projektpartner
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI-
Im Anschluss an das CatVIC-Projekt wird eine Pilotanlage CEC); Commissariat à l‘Energie Atomique et aux Energies
im Industriepark Roches-Roussillon angestrebt, in welchem Alternatives (CEA-Liten); Entrepose Vinci; Osiris-GIE; Sunfire
zurzeit mehr als 15 Unternehmen zusammengeschlossen GmbH; Clariant Produkte GmbH
sind. Dort wird der günstige und kohlenstoffmindernde
Internet
Betrieb der innovativen Power-to-X-Anlage demonstriert.
catvic.eu
Das Gesamtsystem kann die CO2-Emissionen des Industrie-
parks reduzieren und deckt gleichzeitig den Bedarf vor
Ort an Grundchemikalien wie Methanol, Olefinen oder Impressum
Wasserstoff. Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Die strategischen Ambitionen der CatVIC-Partner (MPI- Referat Energie; Wasserstofftechnologien
CEC, CEA-Liten, Entrepose Group, Osiris-GIE, Sunfire und 53170 Bonn
Clariant) sind im Hinblick auf Forschung und Innovation
Stand
für den nachhaltigen Energiewechsel abgestimmt. Diese Juni 2020
sehr ehrgeizige Forschungskooperation zwischen Frank-
reich und Deutschland wird dazu beitragen, die euro- Redaktion und Gestaltung
päische Führungsrolle im Bereich von sauberen Energie- Projektträger Jülich
Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion,
technologien zu stärken, und wird insbesondere die euro-
Dr. Holger Ruland
päische Wasserstoffindustrie unterstützen.
Bildnachweise
Titelbild: AdobeStock/Fokussiert
Grafik: Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
bmbf.de
ARCHIVE – Elektrische Energie günstiger über lange
Strecken übertragen
Mit geschickt geformten Keramiken werden weniger Bauteile für die Hochspannung gebraucht
Das deutsch-französische Forschungsprojekt ARCHIVE will eine neue Technologie für 20 Kilovolt Leistungshalbleiter-
module für Übertragungsnetze demonstrieren. Es werden mit der neuen Technologie weniger Module gebraucht, um die
für den Stromtransport über weite Distanzen notwendige Hochspannung zu erreichen. Der Aufbau wird einfacher und
günstiger. Es sinken die Investitions- und Betriebskosten für die Stromanlagen. Das führt zu einer besseren Integration
von erneuerbaren Energien in die Versorgungsnetze.
Der Einsatz von Siliciumcarbid (eine chemische Verbindung aber eine ausreichend elektrische Isolierung da ist. Das ist
aus Silicium und Kohlenstoff) ermöglicht es, die Sperr- ein Zielkonflikt (hohe thermische Leitfähigkeit aber gute
spannung von Leistungshalbleiterbauelementen auf 20 elektrische Isolation), der sich bei steigenden Spannungen
Kilovolt und mehr zu erhöhen. Diese Bauteile sind für noch weiter verschärft. Bei der gegenwärtig verwendeten
Umrichterstationen für die Hochspannungsgleichstrom- Technologie ist für beide Aspekte dasselbe Bauelement
Übertragung (HGÜ, HVDC) wichtig, welche für den Trans- verantwortlich: das Keramiksubstrat.
port der elektrischen Energie über große Entfernungen
eingesetzt wird. Im Vergleich zu konventionellen Silicium Entwärmen und isolieren gleichzeitig
bauteilen mit einer Sperrspannung von maximal zehn Ziel des Forschungsprojektes ARCHIVE unter Koordination
Kilovolt müssen deutlich weniger Schalter in Serie geschaltet der Hochschule Kempten ist es, diesen Zielkonflikt
werden, um eine Spannung von beispielsweise 300 Kilovolt zwischen Entwärmen und Isolieren durch zwei innovative
zu erreichen. Somit ist der Aufbau der Umrichterstation viel und gegensätzliche Ansätze zu lösen. Dafür wird ein neu-
einfacher und günstiger. artiges, dreidimensional strukturiertes Keramiksubstrat
eingesetzt. Die Oberseite ist so geformt, dass gefährliche
Halbleiterbauteile optimieren Konzentrationen des elektrischen Feldes vermieden werden.
Verschiedene Forschungsgruppen weltweit untersuchen, Auf der Rückseite ist ein Kühler integriert, der mit einem
wie SiC-Halbleiterchips für 20 Kilovolt und mehr optimiert elektrisch isolierenden Kühlmedium betrieben wird.
werden können. Für derartige hohe Spannungen fehlt Dadurch wird die Isolation auf die Keramik und die Kühl-
aber bisher eine geeignete Aufbau- und Verbindungs- flüssigkeit verteilt. Durch diese beiden Schritte kann das
technik. Sie sorgt dafür, dass die in den Halbleiterchips Modul mit einer deutlich höheren Spannung betrieben
freigesetzte Wärme abgeleitet werden kann, gleichzeitig werden.
Zur Umsetzung der Ideen brauchen die Forschenden
Fördermaßnahme
fortschrittliche Keramiksubstrate, deren Herstellung
Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von
sie weiterentwickeln. Ein experimentelles 20 Kilovolt Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung
Leistungsmodul zeigt, wie dies in der Praxis aussehen und Entwicklung für eine Nachhaltige Energieversorgung
könnte. Eine Konzeptskizze des Demonstrators ist in Europas
der folgenden Abbildung dargestellt.
Projekttitel
ARCHIVE – Architectured Ceramic for High Voltage Power
Gehäuse Anschlüsse Silikonmasse Electronics
Laufzeit
Halbleiterchip Drahtbond 01.10.2019–30.09.2022
Förderkennzeichen
03SF0588A-B
Fördervolumen des Verbundes
Keramiksubstrat Metallisierung elektrisch isolierendes ca. 0,7 Millionen Euro
Kühlmittel
Kontakt
Skizze des Hochspannungsleistungsmoduls: ein 3D strukturiertes Keramik- Prof. Dr.-Ing. Till Huesgen
substrat.
Hochschule Kempten
Labor für Elektronikintegration
Deutsch-französische Zusammenarbeit Bahnhofstraße 61
Das Forschungsteam setzt sich aus jeweils einer Hochschule 87435 Kempten
und einem Unternehmen aus Deutschland wie auch aus Telefon: 0831 2523 9247
E-Mail: till.huesgen@hs-kempten.de
Frankreich zusammen. Dabei wird die elektrische Isolation
vor allem in Frankreich untersucht, während das Kühl- Projektpartner
konzept in erster Linie in Deutschland entwickelt wird. CeramTec GmbH Marktredwitz; Hochschule für Angewandte
Die Unternehmen sind dabei für die Herstellung sowie Wissenschaften Kempten; SuperGrid Institute Villeurbanne,
die Systemdefinition und Integration zuständig. Für den Frankreich; Université de Toulouse 3, Laboratoire AMPÈRE,
Frankreich
Systemdemonstrator arbeiten alle Partner zusammen.
Internet
catvic.eu
Impressum
Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Referat Energie; Wasserstofftechnologien
53170 Bonn
Stand
Juni 2020
Redaktion und Gestaltung
Projektträger Jülich
Prof. Dr.-Ing. Till Huesgen, Hochschule Kempten
Bildnachweis
AdobeStock/twixter
bmbf.de
LivingH2 – Demonstration eines grünen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Systems Wasserstoffbasierte Stromversorgung als Komplettlösung für die Wohnungswirtschaft Der Einsatz von Brennstoffzellen für die stationäre Versorgung mit elektrischer und thermischer Energie – Kraft-Wärme- Kopplung – erlangt immer größere Bedeutung, da die Technik erhebliches Einsparpotenzial bietet. Somit kann die Energiewende auch in jedem Wohnhaus beginnen und nachhaltig zu weniger Kohlendioxid-Emissionen beitragen. Das deutsch-französische Kooperationsprojekt „Living Laboratory – Living H2“ baut nun ein Brennstoffzellensystem auf, das mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff funktioniert. Kraft-Wärme-Kopplung mit grünem Wasserstoff als Reaktionsprodukte kommen elektrische Energie, Die Energiewende und der Klimaschutz sind derzeit in allen Prozesswärme und Wasser heraus, die entsprechend Bereichen unseres alltäglichen Lebens präsent. Die Gesell weiter verwendet werden können, zum Beispiel zum schaft diskutiert in diesem Zusammenhang in erster Linie die Heizen und zur Warmwasseraufbereitung. Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit von Elektro mobilität. Aber auch in der Wohnungswirtschaft und der Aber was kommt nach dem Erdgas? Die Zukunft gehört Immobilienbranche gewinnen die Themen Nachhaltigkeit dem grünen Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus und ökologisches Bauen eine zunehmende Bedeutung. regenerativen Energien hergestellt wird. Die Erfahrungen zeigen, dass diese KWK-Technologie auf Grüner Wasserstoff kommt zum Einsatz Basis von Brennstoffzellen eine Trendwende einläuten Die Forschungspartner aus Wissenschaft und Wirtschaft kann, denn bereits seit mehreren Jahren befinden sich entwickeln eine Komplettlösung einer regenerativen auf marktreife Brennstoffzellen Blockheizkraftwerke im zu- Wasserstoff basierten Stromversorgung. Verwendet wird verlässigen Dauerbetrieb. Diese Brennstoffzellensysteme ein Brennstoffzellen Blockheizkraftwerk und grüner mittels funktionieren mit einem Erdgasanschluss, der auch Photovoltaik und Elektrolyse gewonnener Wasserstoff. von handelsüblichen Brennwertthermen genutzt wird. Dabei wird im System aus dem Erdgas ein wasserstoffreiches Das effiziente und emissionslose Brennstoffzellen Block- Gas erzeugt, das wiederum zur Erzeugung elektrischer heizkraftwerk statten die Expertinnen und Experten mit Energie verwendet wird. Im Detail reagieren Sauerstoff einem neuen katalytischen Brenner aus, der als Abgas- und Wasserstoff in einem kontrollierten Vorgang mit brenner und als Spitzenlastbrenner fungiert. Die texturierte einander – diesen nennt man auch kalte Verbrennung – und Brennstoffzellen-Membran-Elektroden-Einheit sorgt für
eine verbesserte Leistung, Stabilität und Lebensdauer und
Fördermaßnahme
für den Betrieb mit odoriertem Wasserstoff. Wasserstoff
Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von
wird odoriert, das heißt mit einem Geruchsstoff versehen, Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung
um die Sicherheit im alltäglichen Gebrauch zu gewährleisten. und Entwicklung für eine Nachhaltige Energieversorgung
Diese Lösung der Odorierung wird seit Jahrzehnten im Erd- Europas
gasbereich angewendet. Im Zusammenhang mit Wasser-
Projekttitel
stoff und Brennstoffzellen betreten die Konsortialpartner
Verbundvorhaben LivingH2: Living Laboratory – Demonstration
nun Neuland. Die Forschenden untersuchen den Dauer-
eines komplett reinen Wasserstoff-Brennstoffzellen-Systems
betrieb des Gesamtsystems in einer realen, aber kontrol-
lierten Umgebung, um Wärme und Strom für ein Gebäude Laufzeit
bereitzustellen. 01.10.2019–30.09.2022
Förderkennzeichen
Im Forschungsprojekt setzen die Fachleute folgende
03SF0587
Aufgaben um:
• Entwicklung der texturierten PEM-Brennstoffzellen- Fördervolumen des Verbundes
Membran-Elektroden-Einheit. ca. 900.000 Euro
• Bau eines geeigneten Brennstoffzellen-Stackdesigns
Kontakt
für die Integration der Brennstoffzellen-Membran-
inhouse engineering GmbH
Elektroden-Einheit.
Köpenicker Str. 325, Haus 41
• Optimierung und Entwicklung des brennstoffzellen- 10318 Berlin
basierten Blockheizkraftwerkes, einschließlich eines Telefon: 030 6576 2590 | Fax: 030 6576 2582
neuen Spitzenlast-Wasserstoffbrenners. E-Mail: info@inhouse-engineering.de
• Installation und Langzeittest des Gesamtsystems, ein-
Projektpartner
schließlich erneuerbarer Wasserstofferzeugung aus
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH, Freiberg; Ostbayerische
Photovoltaik, Wasserstoffleitungen und Wasserstoff- Technischen Hochschule, Regensburg; Engie Lab CRIGEN-
Blockheizkraftwerk zur Bereitstellung von Wärme und Hydrogen Lab, Saint Denis la Plaine; Le Commissariat à l’énergie
Strom für ein Gebäude. atomique et aux énergies alternatives–Liten, Grenoble
• Technoökonomische, ökologische und soziale Bewertung
der Systemlösung.
Impressum
Erneuerbarer Wasserstoff als Energiespeicher Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Erneuerbarer Wasserstoff wird sich zu einer wichtigen
Referat Energie; Wasserstofftechnologien
Lösung als Energiespeicher entwickeln, um den Anteil 53170 Bonn
erneuerbarer Energien im Energiesektor zu erhöhen und
zu stabilisieren. Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerke, die Stand
grünen Wasserstoff nutzen, werden als kohlendioxidfreie Oktober 2020
Energieversorgung für Gebäude eine bedeutende Lösung
Redaktion und Gestaltung
sein, welche die bestehenden konventionellen Blockheiz-
Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH
kraftwerke für Gebäude nach und nach ersetzen werden. inhouse engineering GmbH
Das Projekt hat eine hohe Relevanz für die technologische Bildnachweis
Entwicklung eines zukünftigen Energieversorgungssystems. inhouse engineering GmbH
bmbf.demagical – Markt- und Netzintegration von zentralen
und lokalen Märkten
Simulationsumgebung für Energiesysteme mit lokalen Energiemärkten am Beispiel
Deutschlands und Frankreich
Lokale Märkte werden zunehmend als zukunftsträchtige Komponenten nachhaltiger Energiesysteme diskutiert. Ziel
des Forschungsprojektes magical unter Koordination der RWTH Aachen ist es, eine Integrationsstrategie auszuarbeiten,
wie solche lokalen Märkte in das zentrale Energiesystem integriert werden können. Für die marktorientierte Schnitt-
stelle wird dabei insbesondere die potenzielle Rolle existierender Marktaggregatoren betrachtet, während die
netzorientierte Integration die Entwicklung von Anreizmechanismen für ein systemdienliches Verhalten fokussiert.
Lokale Energiemärkte, die dem Energie- und Flexibilitäts Allokation von dezentralen Erzeugungs-, Verbrauchs- und
handel dienen, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Um Flexibilitätsressourcen zu realisieren und somit eine
den weiterhin zuverlässigen Markt- und Netzbetrieb zu Entlastung der Stromnetze auf Verteilungs- und Über
gewährleisten, müssen Schnittstellen zwischen Lokalen tragungsnetzebene zu erzielen.
Energiemärkten und den zentralen Märkten und Netzen
entwickelt werden. Die Konzeption dieser Schnittstellen Der Anstieg des lokalen Eigenverbrauchs kann jedoch
steht im Fokus des Forschungsprojektes magical und unter- disruptive Auswirkungen für aktuelle Marktakteure, ins-
sucht folgende Fragen: Können aktuelle Aggregatoren wie besondere Marktbetreiber (zum Beispiel die Strombörse
virtuelle Kraftwerke bei der Integration von lokalen und EPEX) und Marktaggregatoren (zum Beispiel virtuelle Kraft-
zentralen Energiemärkten unterstützen? Wie können werke) haben. Eine Möglichkeit zur Überwindung der
netzseitige Anreize für Lokale Energiemärkte einen durch eine Reduktion von Handels- und Marktvolumina
Beitrag für reduzierte Engpässe in Übertragungsnetzen bedingten Nachteile kann sich durch die Ausgestaltung
schaffen? und Übernahme neuer Koordinationsaufgaben an der
Schnittstelle zwischen lokalen und zentralen Märkten
Mehr dezentrale Energiewandlungsanlagen sowie die durch diese Akteure eröffnen.
zunehmende Elektrifizierung des Energieverbrauchs,
unter anderem im Wärme- und Mobilitätssektor, führen In diesem Kontext könnten Übertragungsnetzbetreiber
zu einer grundlegenden Transformation des Energie die neu eingeführten Schnittstellen zwischen lokalen und
systems. Innovative Anreizmechanismen wie lokale zentralen Märkten um systemdienliche Eigenschaften
Energiemärkte werden benötigt, um möglichst effizient die ergänzen und dadurch beispielsweise eine Reduktionder Engpässe auf Übertragungsnetzeben erreichen. Die
Fördermaßnahme
marktorientierten Integrationsstrategien für lokale
Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von
Energiemärkte könnten somit durch die Einführung Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung
knotenscharfer, systemdienlicher Anreize ebenso netz- und Entwicklung für eine Nachhaltige Energieversorgung
orientierte Anforderungen erfüllen. Europas
Projekttitel
Mit diesem Hintergrund untersuchen Wissenschaftler im
magical – Markt- und Netzintegration von zentralen und
Forschungsprojekt magical folgende Themen:
lokalen Märkten
• Definition und Diskussion eines Konzepts für lokale Laufzeit
Energiemärkte (operative Prämissen, Umfang, 01.10.2019–30.09.2021
gehandelte Produkte)
Förderkennzeichen
• Konzipierung von markt- und netzorientierten Inte
03SF0582
grationsansätzen für lokale Energiemärkte in zentrale
Märkte und Übertragungsnetze Fördervolumen des Verbundes
• Entwicklung einer Simulationsumgebung für Energie 233.377 Euro
systeme mit lokalen Energiemärkten und exem
Kontakt
plarische Anwendung für den deutsch-französischen
Maria Vasconcelos
Kontext
IAEW an der RWTH Aachen University
• Bewertung der entwickelten Integrationsansätze Schinkelstr. 6
aus wirtschaftlicher, technischer und rechtlich- 52062 Aachen
regulatorischer Perspektive Telefon: 0241 8097894
E-Mail: m.vasconcelos@iaew.rwth-aachen.de
Zum Testen der erarbeiteten Hypothesen und der resul
Projektpartner
tierenden Simulationsumgebung eignet sich die deutsch- Université Paris-Dauphine; European Power Exchange EPEX
französische Zusammenarbeit besonders gut. Im Zentrum SPOT SE; EWE AG (assoziiert)
des europäischen Energiesystems positioniert und mit
einem bedeutsamen Anteil am Marktgeschehen und Netz-
betrieb, haben Frankreich und Deutschland das Potenzial, Impressum
aussagekräftige und skalierbare Ergebnisse zu liefern. Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Referat Energie; Wasserstofftechnologien
Fundierte Aussagen und Erkenntnisse können die natio-
53170 Bonn
nalen Akteure dabei unterstützen, ihre Pionierarbeit im
Bereich der Energiewende voranzutreiben und zukünftige Stand
Entwicklungen in der Europäischen Energieunion zu Juli 2020
prägen. Das Vorhaben magical zielt konkret darauf ab,
signifikante Beiträge zur Diskussion über zukünftige Redaktion und Gestaltung
Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH
Marktstrukturen, der Rollen von Prosumern, Markt-
IAEW an der RWTH Aachen University
betreibern und -aggregatoren sowie der jeweiligen
Interaktionen mit den Übertragungsnetzen zu leisten. Bildnachweis
AdobeStock/Pagina
bmbf.deMOLIBE – Metall- und Flüssigkeitsfreie Organische
Lithium-Ionen-Batterien als nachhaltige und
sichere Energiespeicher
Energiespeicher für die europäische Energiewende
Effiziente Energiespeicher sind essentiell für eine erfolgreiche europäische Energiewende. Wichtig ist dabei
jedoch, dass auch diese Energiespeicher auf nachhaltigen Materialien beruhen. Hiermit beschäftigt sich das
Forschungsprojekt MOLIBE. Hier entwickeln deutsche und französische Wissenschaftler gemeinsam sicherere,
metallfreie Batterien.
Im MOLIBE-Projekt werden vollständig feste, metallfreie Diese Herausforderungen löst das MOLIBE-Projekt. Die
wiederaufladbare Batterien entwickelt. Diese Batterien französischen und deutschen Projektpartner decken die
basieren auf organischen Aktivmaterialien und polymeren gesamte Bandbreite der hierfür benötigen Fähigkeiten
Elektrolytsystemen. ab – von der Synthese und Charakterisierung der orga-
nischen Aktivmaterialien, Polymerelektrolyte und neuer
Lithium-Ionen-Batterien werden als die vielversprechendste Stromsammler über die Fertigung und Untersuchung der
Technologie zur reversiblen Energiespeicherung betrachtet, elektrochemisch zu charakterisierenden Zellen bis hin zur
um die erfolgreiche Elektrifizierung der Mobilitätsbedürf- Analyse und Bewertung der Nachhaltigkeit der gesamten
nisse der heutigen Gesellschaft zu ermöglichen. Allerdings Wertschöpfungskette.
gibt es neben dem dringenden Bedarf an verbesserten
Energie- und Leistungsdichten zwei wesentliche Heraus- Metallfrei, nachhaltig und sicher
forderungen zur weiteren Verbreitung der Technologie: Die wesentlichen Ziele des MOLIBE-Projektes sind:
die hohen Kosten sowie ernsthafte Sicherheitsbedenken. • Auf jedwede metallische Komponente mittels der
Während die vergleichsweise hohen Kosten maßgeblich Entwicklung von organischen Aktivmaterialien,
auf die in der Batterie enthaltenen teuren Metalle wie metallfreier Stromsammler und schlussendlich auch
Kobalt, Nickel oder Kupfer zurückzuführen sind, resul- nicht-metallischer Ladungsträger wird verzichtet.
tieren die Sicherheitsbedenken vor allem aus der leichten • Die Sicherheit durch die Implementierung polymerer
Entflammbarkeit und der geringen Stabilität der flüssigen Elektrolytsysteme mit hoher ionischer Leitfähigkeit
Elektrolyte. wird verbessert.• Ein grundlegendes Verständnis der verschiedenen
Fördermaßnahme
chemischen und elektrochemischen Reaktionen in
Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von
der Batteriezelle wird entwickelt. Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung
• Die Nachhaltigkeit elektrochemischer Energiespeicher und Entwicklung für eine Nachhaltige Energieversorgung
wird – unterstützt durch eine kontinuierliche Lebens- Europas
zyklusanalyse – verbessert.
Projekttitel
MOLIBE – Metall- und Flüssigkeitsfreie Organische Lithium-
Deutsch französische Zusammenarbeit
Ionen-Batterien als nachhaltige und sichere Energiespeicher
Das Projektkonsortium arbeitet gemeinsam an der
Entwicklung organischer Aktivmaterialien, polymerer Laufzeit
Elektrolytsysteme sowie an der Skalierung der 01.10.2019–30.09.2022
erforderlichen Synthesewege.
Förderkennzeichen
03SF0583
Koordiniert wird das MOLIBE-Projekt vom Helmholtz-
Institut Ulm assoziiert mit dem Karlsruher Institut für Fördervolumen des Verbundes
Technologie. In Frankreich arbeiten Wissenschaftler ca. 0,4 Millionen Euro
vom Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Kontakt
und vom Laboratoire d‘Electrochimie et de Physicochimie
Dr. Dominic Bresser
des Matériaux et des Interfaces (LEPMI) in Grenoble an
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
dem Projekt. Außerdem sind als Forschungsinstitute Helmholtz-Institut Ulm (HIU)
das Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies Helmholtzstrasse 11
alternatives (CEA) in Grenoble sowie das Forschungs- 89081 Ulm
zentrum CANOE in Pessac involviert. Die Industrie- Telefon: 0731 5034117
E-Mail: dominic.bresser@kit.edu
partner, die Daikin Chemical Europe GmbH aus Münster
und die Bernard Dumas aus dem französischen Creysse Projektpartner
sorgen mit ihrer langjährigen Erfahrung in der Material- Daikin Chemical Europe GmbH; CEA Grenoble; CNRS-LEPMI;
entwicklung und Vermarktung dafür, dass die Projekt- Bernard Dumas; CANOE R&D
ergebnisse auch in der Industrie verwendet werden.
Impressum
Herausgeber
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Referat Energie; Wasserstofftechnologie,
53170 Bonn
Stand
Mai 2020
Redaktion und Gestaltung
Karlsruher Institut für Technologie
Projektträger Jülich (PtJ), Forschungszentrum Jülich GmbH
Bildnachweis
S. 1: AdobeStock/sunabesyou
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