Schwerpunkte

 

Elektrolyse

Elektrolyseur Urheberrecht: Forschungszentrum Jülich

Die Arbeit im Bereich der Elektrolyse richtet sich im Competence Center Power to Fuel auf die Realisierung eines bifunktionalen Systems zur Erzeugung von Wasserstoff aus Strom und umgekehrt in einer Einheit. Gerade im Bereich der Niedertemperaturverfahren besteht noch erheblicher Bedarf an grundlegender Forschung.

Ein Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Verbesserung von Umwandlungstechnologien für eine effiziente Energiebereitstellung. Hier tragen Modelle und Konzepte für elektrochemische Verfahren zur Erzeugung und Verteilung von Wasserstoff sowie die Expertise und Erfahrung der Projektpartner von P2F auf dem Gebiet bei. Weiterhin sind die Entwicklung kostengünstiger, leistungsstarker und dabei gleichzeitig nachhaltiger Materialien für eine PEM-Elektrolyse sowie die Bewertung des Verfahrens Teil der Forschung im Competence Center. Der Fokus liegt auf einer Verbesserung der Energie- und Leistungsdichte, einer längeren Lebensdauer und der maximalen Sicherheit des Elektrolyseurs.

Die spezifischen Vor- und Nachteile der einzelnen Zelltypen lassen sich mittels einer Prozessanalyse erarbeiten. Die Zielwerte der Lebensdauer und des Wirkungsgrades, wirtschaftliche Kosten, Lastveränderungsgeschwindigkeiten sowie Überlastungsfähigkeiten stellen die wesentlichen Einflussfaktoren auf die Bewertung des Elektrolyseverfahrens dar.

 

Katalyse

Membran Urheberrecht: AVT_RWTH

Das Forschungsfeld der Katalyse fokussiert im Competence Center Power to Fuel die Entwicklung heterogener Katalysatoren für eine effiziente Nutzung der in der Elektrolyse gewonnenen Produkte. Hierbei kommen Kohlenwasserstoffe sowie die Oxygenate, Methanol und Methylether, aber auch komplexere Molekülstrukturen in Betracht. Im Bereich der Grundlagenforschung wird für diese Umwandlungsprozesse ebenfalls die vielversprechende homogene Katalyse untersucht.

Das Ziel der Arbeit von P2F ist die Entwicklung und Herstellung von Katalysatoren und katalytisch aktiven Materialien zur Erreichung einer höchstmöglichen Effizienz bei der chemischen Umwandlung.

Zum Verständnis der Struktur-Aktivitätsbeziehungen werden Methoden der Modellierung molekularer Vorgänge und Analysetechniken zur Charakterisierung von Katalysatoren unter Prozessbedingungen angewandt.

Des Weiteren sind die Entwicklung und Verbesserung reaktionstechnischer Konzepte für kontinuierliche Verfahren in der molekularen Katalyse und eines modellgestützten Prozessdesigns für eine effiziente Produktion unter fluktuierenden Stoff- und Energieströmen Bestandteile der Arbeit bei P2F.

 

Kraftstoff und Motor

Motorenprüfstand Urheberrecht: VKA_RWTH

Im Fokus dieses Forschungsschwerpunktes steht ein integrierter Optimierungsansatz von Kraftstoff und Motor mittels numerischer sowie experimenteller Methoden. Ein Hauptziel von P2F ist es, einen flexiblen Motor zu beschreiben, der für verschiedene Kraftstoffe optimiert ist.

Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad der im Power-2-Fuel-Prozess erzeugten Kraftstoffe erhalten zu können, ist es notwendig, die motorischen Betriebsparameter auf die Kraftstoffe anzupassen. Durch eine effektive Einbindung dieses Bereichs in den gesamten Forschungsprozess besteht ebenso die Möglichkeit, spezifische Anforderungen an den synthetisch hergestellten Kraftstoff zu stellen. Hierin spiegeln sich die Vorteile der interdisziplinären Arbeit des Competence Centers Power to Fuel wider.

Eine große Bedeutung kommt in der P2F-Forschung dem Zusammenspiel von Versuch und Simulation zu. Hierfür werden Motorsimulationsmodelle für die Analyse des Kraftstoffeinflusses entwickelt und angewandt. Die Vorteile der Arbeit mit Simulationen liegen vor allem in ihren kosten- und zeitsparenden Eigenschaften.

Eine abschließende Bewertung erfolgt sowohl im Hinblick auf den Verbrauch und die Schadstoffemissionen als auch auf den Wirkungsgrad in der gesamten Prozesskette.

 

Prozessanalyse

Untersuchung der Umweltauswirkung Urheberrecht: Peter Winandy

Das zentrale Ziel der Prozessanalyse von P2F stellt die optimale Integration aller Einzelprozesse in die Prozesskette zur Erreichung eines nachhaltigen Gesamtkonzeptes dar. Die Arbeit im Competence Center Power to Fuel ist daher nicht primär am chemischen Endprodukt orientiert, sondern vielmehr an der Entwicklung eines Verfahrenskonzeptes zur Erreichung einer effizienten Umwandlungskette mit entsprechendem Wirkungsgrad.

Im Mittelpunkt stehen dabei eine rechnergestützte Analyse sowie die Verbesserung der energietechnischen Prozesse. Zusätzlich werden im P2F Methoden zur Bewertung von Prozess-Produkt-Ketten entwickelt. Anhand dieser Bewertungen können stetig Möglichkeiten zur Verbesserung am Produkt selbst sowie innerhalb der Einzelprozesse oder auch am gesamten Power-2-Fuel-Prozess abgeleitet werden.

 

Life-Cycle-Assessment

Als Basis für die ökologische Gesamtbewertung des Konzeptes dient die Methode des Life-Cycle-Assessments. Urheberrecht: RWTH_LTT

Zur ökologischen Gesamtbewertung dient die Methode des Life-Cycle-Assessments. Diese beinhaltet eine ganzheitliche Betrachtung aller Umweltwirkungen über den gesamten Prozesszyklus. Vor allem beim Einsatz von elektrischer Energie aus regenerativen Quellen spielt diese Analyse eine wichtige Rolle. Sie läuft in der Regel wie folgt ab:

  1. Definition von Ziel und Untersuchungsrahmen
  2. Sachbilanz
  3. Wirkungsabschätzung
  4. Auswertung