Energieverfahrenstechnik

Laufende Projekte:

• ZEUS
• Hy2Market
• Cairos
• Methanpyrolyse
• BioHeat
• GrüSe BioP2G
• Karbonatisierung
• K1-MET 2.3 Karbonatisierung
• K1-MET 2.4 Methanisierung
• HiPoLiq
• Z-T-G Kohlenstoffmanagement
• ToFuel

Abgeschlossene Projekte:

• CaCTUS
• C2PAT - Carbon to Product Austria
• Renewable Gasfield
• HydroMetha
• i³upgrade
• Innovation Flüssige Energie
• Renewable Steel Gases
• Tri-Reforming
• ReOil - Kunststoffabfall innovativ rezyklieren

ZEUS

ZERO EMISSIONS THROUGH SECTOR COUPLING

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Oktober 2023 - Oktober 2027

Projektpartner:

 

Das Leitprojekt ZEUS fokussiert den Stromsektor und die schwer zu dekarbonisierenden Sektoren Stahl und Zement. Ziel ist die Entwicklung und sektorübergreifende Pilot-Demonstration einer klimaneutralen Prozesskette – von der Herstellung und Aufbereitung von grünem Wasserstoff unter fluktuierenden Prozessbedingungen, bis hin zur Abscheidung von CO₂ aus industriellen Abgasen und der Umwandlung in wertvolle, speicherbare Kohlenwasserstoffe. Dazu werden im industriellen Umfeld verschiedene Pilotanlagen erforscht (6 MW PEM-Elektrolyse, CO₂-Abscheidung, katalytische Methanisierung, CO₂-Elektrolyse) und zu gesamtheitlichen Prozessketten verschaltet. Das Leitprojekt ZEUS möchte durch seinen Demonstrationscharakter den Transfer von klimafreundlichen Technologien in die Praxis beschleunigen und Sektorkopplung nachhaltig in Österreich verankern.

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2022 durchgeführt.

http://www.klimafonds.gv.at/

Name der Institution: FFG

Projektnummer: FO999903855

Hy2Market

HYDROGEN TO ENTER MARKETS REDUCING CARBON EMISSIONS FOOTPRINT

Die Grundlage von Hy2Market bilden europäische Vorreiterregionen, wie die nördlichen Niederlande, Oberösterreich und Rhone-Alpes, die sich mit aufstrebenden Wasserstoffregionen der iberischen Halbinsel wie Aragon und Medió Tejo, Sizilien (Italien), Westmazedonien (Griechenland) und Konstanz (Rumänien) zusammenschließen, wobei jede Region mindestens einen Schwerpunkt adressiert. Um den Wissenstransfer zwischen den verschiedenen Teilen der Wertschöpfungskette und zwischen allen KMUs und Regionen zu gewährleisten, wird eine Wissensaustauschplattform initiiert und aufgebaut. Die Ergebnisse dieses Projekts werden innerhalb der gesamten Europäischen Union verbreitet. Zusätzlich zielt das Projekt Hy2Market auf die Ermittlung von Problemstellungen und deren Lösung in den Bereichen Produktion, Transport sowie bei der Verwendung in Industrie und Mobilität ab.

38 Partner aus 10 europäischen Ländern, darunter auch KMUs aus unterschiedlichen Regionen Europas, arbeiten gemeinsam daran, die Produktion, den Transport und die Nutzung von grünem Wasserstoff anzukurbeln. Barrieren sollen identifiziert und überwunden werden, damit Wasserstoff seine wichtige Rolle bei der Erreichung der Dekarbonisierungsziele einnehmen kann. Das Hauptziel von Hy2Market ist die Schaffung einer ausgereifteren Wasserstoff-Wertschöpfungskette in ganz Europa.

Dieses Projekt wird von der Europäischen Union (European Innovation Council and SMEs Executive Agency, Grant Agreement no. 101083592) gefördert.

Projektlaufzeit: 01.02.2023 bis 31.12.2025

Weiterführende Informationen: https://hy2market.eu/

Cairos - Revolutionizing Energy Markets: Competitive Renewable Gas through Advanced Biogas Methanation – Spin-off Fellowship

Cairos hat die Vision, fossiles Erdgas durch wirtschaftlich erzeugtes, grünes Gas zu ersetzen. Das geplante Spin-off Fellowship „Cairos - Revolutionizing Energy Markets: Competitive Renewable Gas through Advanced Biogas Methanation" strebt die Optimierung, Skalierung und Demonstration eines innovativen, kosteneffizienten Methanisierungsreaktors an, der Biogas in einspeisefähiges BioSNG (Synthetic natural gas) umwandelt. Die EU „Fit for 55"-Ziele setzen 250 Mrd. m³ grünes Gas bis 2030 und 66 % im Gasnetz bis 2050 fest. Tausende Biogasanlagen in Europa müssen von der Biogas-Verstromung zur Gaseinspeisung wechseln. Der Cairos-Reaktor ist eine Schlüsseltechnologie, um diese Herausforderungen kostengünstig zu bewältigen, sofern verbleibende technische und wirtschaftliche Risiken minimiert werden. Am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes wird seit etwa 10 Jahren an CO2-Verwertung und SNG-Erzeugung geforscht. Im Rahmen der Dissertation von Andreas Krammer entstand ein Methanisierungs-Rohrbündelreaktor, der zum Patent angemeldet wurde und deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bietet.

Die größte Herausforderung bleibt die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu günstigem Erdgas. Themen wie Skalierbarkeit, Flexibilität im Betrieb und Langzeitstabilität unter marktnahen Bedingungen sind weiterhin offene Punkte. Im Rahmen des Fellowships wollen die beiden Fellows Andreas Krammer und Martin Peham die Technologie durch Labor- und Pilotversuche sowie ID/2D-Reaktormodellierung weiterentwickeln. Ziel ist ein optimiertes Design im MW-Maßstab, das an einer Biogasanlage hinsichtlich Lastflexibilität und Katalysatoralterung getestet wird. Eine marktorientierte Prozessmodellierung dient als Basis für Engineering-Planungsunterlagen und solide Business Cases. Zudem wollen wir unsere Partnerschaften mit Anlagenbauuntemehmen weiter ausbauen und kontinuierlich Nutzerfeedback in die Entwicklung unserer Value Proposition integrieren.

Methanpyrolyse

Im Rahmen eines Programms zur Wasserstoffproduktion an der Montanuniversität Leoben wird von mehreren Lehrstühlen gemeinsam die Prozessentwicklung der Methanpyrolyse weitergehend forciert. Zudem wird im Zuge dieser Kooperation wird auch eine gemeinsame Technikumsanlage entstehen, mit der die aussichtsreichsten Verfahren in einem größeren Maßstab erprobt werden. So werden beispielsweise ein Blasensäulenreaktor mit einer Metallschmelze sowie ein Plasmareaktor errichtet. Der Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes beschäftigt sich bei der Umsetzung der Versuchsanlage mit der Produktgasaufbereitung, die neben der Abtrennung des festen Kohlenstoffs auch die Separation von Wasserstoff und nicht umgesetztem Methan beinhaltet. Zusätzlich zu diesen experimentellen Untersuchungen werden auch Modellierungen und Simulationen des Prozesses durchgeführt. In der Arbeitsgruppe Energieverfahrenstechnik erfolgt dabei die CFD-Simulation einer reaktiven Blasenströmung in einer Metallschmelze.

BioHeat

Das Projekt BioHeat wird gemeinsam mit den Forschungspartnern TU Wien, BEST Bioenergy and Sustainable Technologies GmbH, Wien Energie GmbH, Energy and Chemical Engineering GmbH, der Jagiellonian University Krakow und dem polnischen Apparatebauer Danex umgesetzt. Dieses transnationale Forschungsprojekt wird über die ERA-NET-Initiative (Networking the European Research Area) in Zusammenarbeit mit der FFG (Forschungsförderungsgesellschaft) finanziert. Die Hauptaufgabe am Lehrstuhl für Verfahrenstechnik liegt in der Weiterentwicklung der katalytischen Methanisierung mit dem Fokus auf vollständigem Umsatz des Biomasse-Synthesegases aus der Vergasungsanlage. Doktorrand Andreas Krammer darf diese Aufgabe übernehmen, der damit nach dem Projekt HydroMetha sein zweites Projekt mit dem Schwerpunkt katalytische Festbettmethanisierung für den Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes bearbeitet.

GrüSe BioP2G – GRüne SEktorkopplung BIOtechnologischer Verwertungsprozesse mit Power-to-Gas

Die Synergiepotentiale einer Kopplung von Biogasanlage mit Power-to-Gas, einer Kläranlage sowie einer erneuerbaren Stromerzeugung aus fluktuierenden Quellen (PV, Wind) bestehen in einer Speicherung von erneuerbarem Strom, der Nutzung von Nebenprodukten wie Sauerstoff (Belebungsbecken der Kläranlage) und der Abwärme aus Elektrolyse und Methanisierung, um den Eigenbedarf an Wärme zu decken sowie Überschüsse in Netze auszukoppeln. Das Projekt hat zum Ziel am Beispiel eines konkreten Standortes in Bruck/Leitha in Niederösterreich durch Modellierung einer Verschaltung aus Biogasanlage, Elektrolyse, Methanisierung und Kläranlage mit benachbarter erneuerbarer Stromerzeugung aus Wind und PV und verschiedenen Energienetzen (Wärmenetz, Gasnetz) eine gesamtheitliche Valorisierung aller Stoff- und Energieströme zu erreichen und dadurch Synergien zu identifizieren und energieeffizient zu nutzen. Durch eine datenbasierte Prozessanalyse sollen optimale Prozessvarianten abhängig vom Jahresverlauf der erneuerbaren Stromproduktion identifiziert, analysiert und hinsichtlich technischer und ökonomischer Kriterien bewertet werden. Dabei geht es in erster Linie darum, ein für Betreiber von Biogasanlagen und Energieparks nutzbares Bewertungstool zu erarbeiten, also bestehende methodische Ansätze aus der Wissenschaft in eine praktische Nutzung zu überführen.

Das angestrebte Projektergebnis ist, für Betreiber von Biogasanlagen eine technische und ökonomische Entscheidungsgrundlage zu erarbeiten, auf deren Basis Anlagenkonzepte für eine Erweiterung durch eine Power-to-Gas Anlage (Elektrolyse und Methanisierung) definiert werden können. Die Anlagenkonzepte beschreiben die Verschaltung, die interne und externe Wärmekopplung, die Kapazität (Anlagengröße), ggf. notwendige Speicher, die optimalen jährlichen Betriebsstunden sowie Investitions- und Betriebskosten der Anlagen in Abhängigkeit von örtlichen Rahmenbedingungen. Dadurch sollen nicht nur wirtschaftliche Ausbaumöglichkeiten mit hohem Wirkungsgrad für den Pilot-Standort Bruck/Leitha bewertet, sondern auch übertragbare Konzepte für wirtschaftlich tragfähige Erzeugungsanlagen von synthetischem Methan (SNG) an anderen Standorten erarbeitet werden. Methodisch werden dafür zunächst die bestehende Anlagenstruktur, Stoff- und Energieflussdaten der Kläranlage, der Biogasanlage sowie des Energieparks (PV, Wind) erhoben. In einer Flowsheet Simulation in MATLAB/Simulink werden die Anlagenteile als Surrogate-Modelle miteinander verschaltet, durch eine Power-to-Gas Anlage und Speicher ergänzt und im Jahresverlauf stundenweise aufgelöst. Durch Modell-basierte Optimierungsmethoden wird das Anlagendesign auf maximale Wirtschaftlichkeit bzw. niedrige Energiekosten (LCOE) optimiert. Zudem werden im Projekt die rechtlichen Aspekte der Herstellung von SNG mit biogenen CO2, die rechtliche Einordnung der Methanisierung mit erneuerbarem Wasserstoff untersucht, rechtliche Unklarheiten identifiziert und daraus notwendige Anpassungen auf nationaler und EU-Ebene vorgeschlagen.

Im Ergebnis soll das Potential von Biogasanlagen in Kombination mit Power-to-Gas-Anlagen als zentrale Schlüsselelemente der Energiespeicherung für die grüne Transformation unseres Energiesystems dargestellt werden. Es soll aufgezeigt werden, wie durch Synergienutzung unterschiedlicher Akteure die Energieeffizienz gesteigert und dadurch die Nutzung verfügbarer Ressourcen maximiert werden kann.

Karbonatisierung

K1-MET 2.3 Karbonatisierung

Das K1-MET Projekt 2.3 konzentriert sich als Fortsetzung vorangegangener Karbonatisierungsprojekte auf die Steigerung der Effizienz der direkten, wässrigen Karbonatisierung durch die Nutzung abrasiver Effekte. Während der Karbonatisierungsreaktion kommt es zur Bildung einer Produktschicht auf der Partikeloberfläche des eingesetzten Materials. Diese Schicht reduziert die reaktive Oberfläche und erschwert die weitere Reaktion der Alkali- und Erdalkalimetalle im Partikelkern mit dem gelösten CO₂ im Wasser. Durch die Kombination von Karbonatisierung und Mahlprozess in einem Apparat wird die kontinuierliche Entfernung der Produktschicht vom Partikel ermöglicht, wodurch erhöhte Reaktionsausbeuten möglich sind. Unterstützung erfährt dieses Projekt dafür vom Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredelung der Montanuniversität Leoben, welcher bereits im Besitz einer dafür geeigneten Reaktionsmühle ist.

Als Ausgangsmaterial dienen nicht nur natürliche Gesteine, sondern auch diverse industrielle mineralische Rückstände. Die Zusammenarbeit mit den Projektpartnern aus den Bereichen der Stahl-, Zement- und Feuerfestindustrie legt den Schwerpunkt auf Reststoffen, wie Aschen oder Schlacken aus diesen Branchen. Für diese Industrien erweist sich Karbonatisierung als besonders vielversprechender Ansatz, da sie sowohl feste Nebenprodukte als auch CO₂-haltige Rauchgase generieren. Dadurch wird eine potenzielle Reduktion der Kohlendioxidemissionen durch Wiederverwertung eigener Abfallströme ermöglicht.

Das Hauptziel dieses Projektes besteht aus dem Entwurf, Bau und Betrieb einer Druckmühle im Pilotmaßstab, welche die Kombination von Karbonatisierung und kontinuierlichem Mahlprozess ermöglicht. Die Rolle des Lehrstuhls konzentriert sich auf die Evaluierung geeigneter Einsatzmaterialien sowie die Optimierung von Prozessparametern durch Laboruntersuchungen. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für das Design einer geeigneten Reaktionsmühle und die Entwicklung eines möglichst effektiven und effizienten Prozesses zur CO₂-Speicherung.

Projektlaufzeit: 01.08.2023 bis 30.06.2027

Projektpartner: K1-MET GmbH, RHI Magnesita GmbH, Cemtec Cement and Mining Technology GmbH, voestalpine Stahl GmbH, w&p Zement GmbH, Leube Zement GmbH, Lehrstuhl für Aufbereitung und Veredelung Montanuniversität Leoben

K1-MET 2.4 Methanisierung

ENERGIEEFFIZIENTER CARBON CAPTURE & UTILISATION PROZESS

Im Rahmen des Projekts 2.4 wird ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf mit Technologien zur Erfassung und Nutzung von Kohlenstoff in industrieller Umgebung demonstriert, ebenso wie die Sektorverknüpfung energieintensiver produzierender Branchen (Feuerfest, Stahl- und Chemieindustrie). Das Projekt wird die CO₂-Emissionen durch die Entwicklung und Anwendung innovativer katalytischer (Methanisierung) und bioelektrochemischer (Kohlenwasserstoffe) CO₂-Umwandlungstechnologien reduzieren. In einem Stahlwerk, in der Feuerfest- oder Chemieindustrie kann synthetisches Methan entweder als Energieträger oder als Reaktant dienen. Auf diese Weise kann ein geschlossener Kohlenstoffkreislauf die CO₂-Emissionen verringern und den Bedarf an fossilen Rohstoffen wie Kohle oder Erdgas reduzieren.

Projektlaufzeit: 01.02.2023 bis 31.12.2025

Projektpartner: K1-MET GmbH, Andritz AG, Borealis Agrolinz Melamine GmbH, Christof Industries Austria GmbH, Ceram Austria GmbH, RHI Magnesita GmbH, voestalpine Stahl GmbH, voestalpine Stahl Donawitz GmbH

HiPoLiq - Demonstration of highly efficient Power to Liquid plant

Nachhaltige Flugtreibstoffe (SAF) sind entscheidend für die Defossilisierung des Luftfahrtsektors. Eine Methode zur Herstellung solcher Treibstoffe ist die Produktion von sogenannten „eFuels“ – synthetischen Kraftstoffen, die mithilfe von erneuerbaren Energien und CO2 erzeugt werden. Die größte Herausforderung besteht darin, die Herstellung dieser Kraftstoffe effizient und im kommerziellen Maßstab umzusetzen und den Bedarf an erneuerbarer Energie möglichst gering zu halten.

Das Projekt HiPoLiq hat als Ziel eine Power-to-Liquid (PtL)-Anlage, die aus einer Hochtemperatur-Co-Elektrolyse (Co-SOEC) in Verbindung mit einer Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) besteht, im Demonstrationsmaßstab zu errichten. Zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades und zur Reduktion des Energiebedarfs wird eine prozessinterne Wärmeintegration durch die Kopplung der einzelnen Prozessschritte vorgesehen. Das Gesamtsystem wird mit einer elektrischen Eingangsleistung von 200 kW erneuerbarer Elektrizität demonstriert und soll zirka 20.000l Syncrude (Diesel/Waxe/Naphtha) pro Jahr produzieren.

Projektziele:

• Installation und Langzeitbetrieb (>6.000 h) einer 200 kW Demonstrationsanlage mit einem PtL-Wirkungsgrad von >55%.
• Senkung des Gesamtenergiebedarfs des Systems um >35%.
• Wirkungsgrad der Co-SOEC-Anlage >95% für die Synthesegaserzeugung.
• Optimierung der Co-SOEC-Einheit im Hinblick auf Langzeitstabilität + Optimierung der FTS im Hinblick auf Umwandlungsraten und Betrieb für die SAF-Produktion.
• Multi-GW-Upscaling und Vorbereitung der Ausrollung von industriellen PtL-Anlagen.

Die Aufgabe des Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes ist die Entwicklung und Durchführung einer Prozesssimulation zur Bestimmung der optimalen Betriebspunkte (maximale Produktausbeute und höchster PtL-Wirkungsgrad) der Anlage.

Projektstart: 01/2024

Laufzeit: 36 Monate

Weitere Informationen unter: https://www.wiva.at/project/hipoliq/

Z-T-G Kohlenstoffmanagement

Kohlenstoffmanagement in einer Kreislaufwirtschaft: Potenziale und Zukunftspfade für die Steiermark

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Oktober 2023 - März 2025

Projektpartner:

 

Ziel des Projektes ist es, die international und in Österreich bereits verfolgten Entwicklungsoptionen für Kohlenstoffmanagement gesamthaft darzustellen und deren wichtigste Stakeholder:innen entlang der Wertschöpfungskette zu verorten, mit besonderem Fokus auf in der Steiermark angesiedelte. Die Bedeutung dieser Entwicklungsoptionen für den Themenbereich des Kohlenstoffmanagements und seiner effektiven Regulierung soll dabei herausgearbeitet werden. Das Projekt verfolgt dafür folgende Forschungsfragen:

- Welche technischen und naturbasierten Ansätze des Kohlenstoffmanagements sind für die Steiermark heute und in Zukunft relevant?

- Welche Potenziale der relevanten Ansätze des Kohlenstoffmanagements gibt es in der Steiermark?

- Welche Zukunftspfade für das Kohlentstoffmanagement vor dem Hintergrund der Kreislaufwirtschaft können abgeleitet werden?

- Welche Akteur:innen und institutionelle Strukturen (lokale und nationale politische Akteure, Unternehmen, Forschungseinrichtungen, Regulierungen etc.) spielen eine zentrale Rolle in der Realisierung zukünftiger Pfade für das Kohlenstoffmanagement?

- Welche Handlungsempfehlungen können für das Kohlenstoffmanagement in der Steiermark abgeleitet werden?

Um die Entwicklungsoptionen für ein Kohlenstoffmanagement in der Steiermark darzustellen wird ein Participatory Systems Mapping Ansatz mit einer Cross-Impact Analyse kombiniert, um so Innovationssysteme für das Kohlenstoffmanagement darzustellen, mögliche soziotechnische Kippelemente zu identifizieren und Zukunftspfade abzuleiten.

Das Projekt Z-T-G Kohlenstoffmanagement wird von einem interdisziplinären Konsortium getragen, das an der Universität Graz (Wegener Center für Klima und Globalen Wandel, Institut für Umweltsystemwissenschaften), an der Technischen Universität Graz (Science, Technology, and Society Unit) und der Montanuniversität Leoben (VTiU) verankert ist.

CaCTUS

AUSTRIA’S CLIMATE NEUTRALITY: AN IN-DEPTH EVALUATION OF THE POTENTIAL CONTRIBUTION OF CCU AND CCS FOR THE AUSTRIAN LONG-TERM CLIMATE GOALS

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

August 2022 - Jänner 2025

Projektpartner:

 

Ziele:

· Identifizierung/Quantifizierung von technischen Potenzialen von CCU/CCS gemäß dem ö. NEKP

· Identifizierung von quellenspez. Klimawirkungen und senkenbez. Netto-Minderungspotenzialen

· Techno-ökonomische Bewertung von CCU/CCS und deren Beitrag zur Klimaneutralität

· Evaluierung von Barrieren und regulatorischer Defizite, die eine frühzeitige Umsetzung und Wirkung verhindern

· Empfehlungen zur Unterstützung von klimafreundlichen CCUS-Aktivitäten in Ö.

Methodik:

Es wird ein schrittweiser Ansatz verfolgt, um die ö. CCUS-Potenziale zu bewerten und Empfehlungen für Stakeholder abzuleiten. Langfristige Quellen- und Nachfragepotenziale für CO₂ sowie geologische Speicherpotenziale werden u.a. unter Berücksichtigung aktueller Quellen, technologischer Entwicklungen und Klimaszenarien abgeschätzt. Diese theoretischen Potenziale werden auf Grundlage von TRL, tech.-ök. und ökologischen Zielen sowie gesellschaftlicher Akzeptanz eingegrenzt. Eine Rechtsanalyse ergänzt die zuvor genannte Forschung. Der dzt. rechtliche Rahmen für CCUS-Anwendungen wird auf der Grundlage von Literatur und Fallrecherche und Methoden der Rechtsauslegung analysiert. Auf dieser Grundlage und einem Prozess zur Einbindung von Stakeholdern werden Policy Briefs entwickelt. Diese unterstützen bei der Schaffung von Rahmenbedingungen die alle notwendigen Aspekte berücksichtigen, einschließlich angemessener Anreizwirkung.

Zielpublikum:

Umstrittene Technologien sollten nicht gegen die öffentliche Meinung durchgesetzt werden. Es muss möglich sein, einfach an Informationen zu kommen, um CCUS Maßnahmen zur Eindämmung des Klimawandels zustimmen zu können. CaCTUS wird entsprechend erforderliche und bevorzugte Möglichkeiten aufzeigen. Die Industrie ist auf Rechtssicherheit angewiesen, um Investitionen im Einklang mit dem Klimaschutz planen und entscheiden zu können. Die Identifizierung von Wissenslücken wird Anhaltspunkte für weitere F&E geben, die für einen optimalen Einsatz von CCUS-Technologien in Ö. erforderlich sind.

Weiterführende Informationen: https://project-cactus.at/

Förderschiene: ACRP – 14th Call 

Dieses Projekt wurde aus Mitteln des Klima- und Energiefonds im Rahmen des Programmes ACRP gefördert.

Kontaktperson:
Philipp Wolf-Zöllner

C2PAT - Carbon to Product Austria

Die Motivation für die Durchführung des Projekts „Carbon to Product Austria (C2PAT)“ sind die strengen nationalen und europäischen Klimaziele für die Jahre 2030 und 2040. Unternehmen mit einem hohen CO2-Fußabdruck müssen ihre Emissionen durch Modifikationen an den bestehenden Prozessen und Energieträger vermeiden oder durch innovative neue Verfahren entsprechend minimieren. Das „C2PAT“-Projekt ist eine Industriesektoren übergreifende Partnerschaft aus namhaften österreichischen, international tätigen Großunternehmen: Lafarge Zementwerke GmbH, Verbund AG, OMV AG und Borealis AG.

Prozessbedingt enthalten Zementwerkabgase einen sehr hohen Anteil an CO2. Etwa ein Drittel des emittierten Kohlenstoffdioxids entsteht durch die Verfeuerung der Brennstoffe um die erforderlich hohe Brenntemperatur von 1,450°C im Drehrohrofen für den Klinkerherstellungsprozess zu erreichen. Im Kalzinierungsprozess werden die weiteren zwei Drittel CO2 prozessbedingt freigesetzt. Der eingesetzte Brennstoffmix besteht zu mehr als 90% aus Ersatzbrennstoffen, wie Kunststoffe, Reifenflusen, Werkstättenabfälle, uvm.

Das Projekt „C2PAT“ ist dahingehend ausgerichtet, dass diese prozessbedingten, unvermeidbaren Kohlenstoffdioxidemissionen aus einem Zementwerk als Rohstoff für die Produktion erneuerbarer Kunststoffe verwendet werden sollen. Durch den Bau einer PtL-Pilotanlage am Lafarge-Standort Mannersdorf am Leithagebirge soll CO2 aus dem Zementwerkabgas abgeschieden und mithilfe des Reaktionspartners grüner Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffen reagieren. In einem darauffolgenden Prozess wird das Zwischenprodukt durch weitere katalytische Umwandlung in das Endprodukt Kunststoff (Polymer) überführt. Neben der CO2-Nutzung ist dieses Projekt ein Paradebeispiel für die Kreislaufwirtschaft, da aus verfeuerten Kunststoffen über die Abscheidung und Verwendung von CO2 im Zementwerkabgas wieder das Produkt Kunststoff zurückgewonnen wird.

Im Bereich des Zementwerks Mannersdorf am Leithagebirge wird eine Power-to-liquid Pilotanlage geplant, in der etwa 10,000 Tonnen CO2 pro Jahr aus dem Zementwerkabgas verarbeitet werden können. Diese Anlage dient als Vorprojekt zur Erprobung der PtL-Technologie an der Schnittstelle zwischen Zementindustrie, Netzanbindung mit erneuerbarem Strom und Elektrolyse, chemischer Konversion sowie der Zusammenarbeit von einem derart großen Industriekonsortium. Diese Untersuchungen bereiten eine geplante Großanlage vor, die eine Jahreskapazität von 700,000 Tonnen CO2 erreichen soll.

Das Projekt wurde 2023 erfolgreich abgeschlossen.

Weiterführende Informationen: C2PAT

Kontaktperson:
Christoph Markowitsch

Renewable Gasfield

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Dezember 2018 - Mai 2023

Projektpartner:

 

Das Projekt Renewable Gasfield umfasst eine ganzheitliche Strategie der regionalen Nutzung und langfristigeren Speicherung von erneuerbaren, grünem (Überschuss-)Strom aus fluktuierenden Energiequellen (Photovoltaik oder Wind). Dieser soll in synthetische Energieträger wie Wasserstoff oder Methan umgewandelt werden, sodass eine bedarfsabhängige, lokale Nutzung und Einspeisung ins Netz gewährleistet werden kann. („Power-to-Gas“)

Im Rahmen der Klimaziele 2030 für Österreich sollen 100% des Energiebedarfes für die Stromproduktion aus erneuerbaren Energieträgern kommen. Dazu zählen neben Windkraft- und Photovoltaikanlagen auch Biomasse-, Wasser- und Geothermiekraftwerke.

In der Region Südsteiermark soll grüner Strom aus einer Photovoltaikanlage mit 1 MW installierter elektrischer Leistung für den Betrieb einer PEM Elektrolyse genutzt werden. Aus einer bereits vorhandenen Biogasanlage wird das im Biogas enthaltene CO₂ mit dem produzierten Wasserstoff in einer katalytischen Methanisierungsanlage in Methan umgewandelt. Dieses synthetisch erzeugte Erdgas kann am gewählten Projektstandort ohne eine sonst notwendige und aufwendige CO₂-Abtrennung in das bestehende Netz eingespeist werden. Die Einspeisung von Methan ins Erdgasnetz, die Bereitstellung von Wasserstoff über eine Trailerabfüllung und eine 350 bar Wasserstofftankstelle stellen den Sektoren Industrie, Haushalt und Mobilität grüne Energieträger in Abhängigkeit der lokalen Gegebenheiten und Bedürfnisse zur Verfügung.

Das Projekt wurde 2023 erfolgreich abgeschlossen.

Kontaktperson:
Katrin Salbrechter

HydroMetha

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Jänner 2018 - Dezember 2021

Förderung:

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2016 durchgeführt.

Projektpartner:

 

Development of a stationary electricity storage system via high temperature co-electrolysis and catalytic methanation

Konventionelle Power-to-Gas-Systeme (Speicherung von überschüssigem Strom in CO2-neutralen Gasen) arbeiten mit Elektrolyse von Wasser und gegebenenfalls mit anschließender Methanisierung. Mit dem Flaggschiff-Projekt HYDROMETHA wird ein neuartiges, vollständig integriertes System der CO2 + H2O Hochtemperatur-Co-Elektrolyse (Co-SOEC) und der katalytischen Methanisierung entwickelt. Die Zusammenschaltung dieser Prozesse sowie die Komponenten- und Betriebsoptimierung ermöglichen eine signifikante Erhöhung der Umwandlungswirkungsgrade über 80%el. Durch Systemvereinfachungen, erhöhte Lebensdauer und Langlebigkeit sowie Optimierungen der Prozesskette werden wesentliche Kostensenkungen und damit erhöhte Marktpotenziale erwartet. Darüber hinaus werden operative Strategien entwickelt, die auf realen Energiemarktanforderungen ausgerichtet sind, einschließlich Teillast-, Stand-by- und Load-Follow-Betrieb, und das Kernsystem der Hochtemperatur-Co-Elektrolyse mit gekoppelter Methanisierung wird aufgebaut, charakterisiert und getestet in Form eines 10kWel Funktionsträgers. Durch die Beteiligung von fünf renommierten industriellen LOI-Partnern kann eine stark marktorientierte Entwicklung in einem sehr frühen Forschungsstand erreicht werden.

Das Projekt wurde 2023 erfolgreich abgeschlossen.

Kontaktperson:
Andreas Krammer

i³upgrade – intelligent, integrated, industries

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Juni 2018 - Mai 2022

Projektverwaltung:

Europäische Kommission

Förderung:

Research Fund for Coal and Steel (RFCS) (Grant Agreement Nr. 800659)

Projektpartner:

 

Ziel von i³upgrade ist die Aufwertung von kohlenstoffhaltigen Kuppelgasen mit der Hilfe von wasserstoffintensivierten Synthesen sowie innovativen Prozessregelsystemen. Spezieller Fokus liegt hierbei auf der katalytischen Methanisierung von Prozessgasen, die im integrierten Hüttenwerk unter dynamischen bzw. transienten Betriebsbedingungen entstehen. Unter der Verwendung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien wird synthetisches Methan hergestellt, um den werksinternen Bedarf an Erdgas zu decken, sowie letztendlich den CO2 Ausstoß zu reduzieren.

Im Zuge des EU-geförderten Projektes, forscht der Lehrstuhl für Verfahrenstechnik an den Auswirkungen von sich ständig verändernden Zuständen (z.B.: Druck, Gaszusammensetzung, Volumenstrom, verfügbarer Wasserstoff) auf die Synthesereaktion sowie den verwendeten Katalysator. Hierfür wird am Lehrstuhl ein nickelbeschichteter Wabenkatalysator auf Cordierit-Basis hergestellt und mit Hilfe der Methanisierungsanlage im Technikumsmaßstab auf seine Performance unter dynamischen Bedingungen getestet, bzw. mit einem kommerziell verfügbaren Schüttkatalysator vergleichen.

Das Projekt wurde Ende Mai 2022 erfolgreich abgeschlossen.

Weiterführende Informationen: www.i3upgrade.eu

Kontaktperson:
Philipp Wolf-Zöllner

Innovation Flüssige Energie

Im Projekt „Innovation Flüssige Energie“ (IFE) wird eine Anlage zur hocheffizienten Erzeugung von CO2-neutralen synthetischen Kraftstoffen konzeptioniert und Teilsysteme entwickelt. Es wird eine Festoxid-Co-Elektrolysezelle (Co-SOEC) mit einer effizienten CO2-Gewinnung und einem Fischer-Tropsch (FT) Prozess kombiniert. Die Anlage erzeugt aus Wasser und CO2 synthetischen Diesel, Naphtha und Wachse. Die SOEC wird als Co-Elektrolyse betrieben und erzeugt dadurch in einem Verfahrensschritt Wasserstoff und Kohlenmonoxid. Damit und mit der wärmetechnischen Kopplung der Co-SOEC und dem FT-Prozess kann ein wesentlich höherer Wirkungsgrad als mit alkalischen und PEM Niedertemperatur-Elektrolyseuren sowie nachgeschalteten FT-Prozessen erreicht werden.

Die Anlage wird für eine maximale elektrische Eingangsleistung von 1 MW dimensioniert, wodurch die Produktion von etwa 500.000 Liter synthetischem Kraftstoff pro Jahr ermöglicht werden soll. Sie soll des Weiteren in einem breiten Lastereicht arbeiten können, da bei Betrieb mit regenerativ erzeugtem Strom (z.B. Strom, Wind, Wasserkraft) die verfügbare elektrische Eingangsleistung stark schwanken kann. Die zu entwickelnde Technologie soll nach einer anschließenden Industrialisierungsphase in Österreich produziert und in das österreichische Energiesystem integriert werden.

Für die Arbeitsgruppe des VTiU liegt in diesem Projekt der Forschungsschwerpunkt auf der Bewertung und Auswahl der verfügbaren CO2-Gewinnungstechnologien sowie auf der Erstellung eines Prozesskonzeptes für die Aufbereitung der FT-Produkte.

Das Projekt wurde 2023 erfolgreich abgeschlossen.

Weiterführende Informationen: iwo-austria.at/innovation-fluessige-energie

Kontaktperson:
Philipp Wolf-Zöllner

Renewable Steel Gases

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

März 2017- Februar 2020 (abgeschlossen)

Förderung:

Dieses Projekt wird aus Mitteln des Klima- und Energiefonds gefördert und im Rahmen des Energieforschungsprogramms 2016 durchgeführt.

Projektpartner:

 

Einbindung erneuerbarer Energie in die Stahlproduktion zur Energieeffizienzsteigerung und Reduktion der CO2-Emissionen

In einem integrierten Hüttenwerk fallen energiereiche, CO-, CO2- und H2-hältige Gase, aus unterschiedlichen Prozessen an, die nach dem Stand der Technik energetisch verwertet werden. Im Rahmen dieses Projektes sollen gesamte Prozessketten zur Nutzung dieser Kuppelgase entwickelt und experimentell untersucht werden. Mittels einer Wasserelektrolyse werden erneuerbarer Strom und Biomasse in einer Zweibettwirbelschichtvergasung zur H2-Erzeugung verwendet, um ein Kuppelgasgemisch katalytisch zu methanisieren. Dabei findet eine synergetische Einbindung (z.B. O2-Nutzung) der Power-to-Gas-Technologie und der Biomassevergasung in das Umfeld eines integrierten Hüttenwerkes statt.

Hauptziele dabei sind, eine wesentliche Reduktion der CO2-Emissionen, die Steigerung der Energieeffizienz in der Produktion, die Einbindung erneuerbarer Energien und die chemische Speicherung von Überschussenergie, die innerhalb und außerhalb des Hüttenwerkes verwendet werden kann. 

Das Projekt wurde Ende 2021 erfolgreich abgeschlossen.

Kontaktperson:
Philipp Wolf-Zöllner

Tri-Reforming

Das Tri-Reforming Projekt zielt darauf ab energie- und kohlenstoffreiche Abgasströme aus der Petrochemie, Stahlherstellung oder Feuerfestindustrie in den Reforming Prozess zu integrieren um damit ein Synthesegas herzustellen zu können. Auf Grund der Komplexität der bestehenden Industrieprozesse existiert eine große Menge an CO₂ Quellen die für eine katalytische Reformierung in Frage kommen. Am Beispiel der Stahlherstellung lässt sich zeigen, dass die größten Mengen an CO₂ (65%) im Gichtgas anfallen, gefolgt vom Kokereigas mit 27% und dem Abgas aus der Sinteranlage mit 6%. Für den Anwendungsfall einer Erdölraffinerie, sind die Schmelzöfen und Kessel mit 65% die Hauptemitter von CO₂. Die katalytischen Cracker und Vergaser stehen hier mit 16% an zweiter Stelle. In die Feuerfestindustrie fallen 70% aller Emissionen bereits bei der Verarbeitung der Rohmaterialen an. Die thermische Energie, die im Herstellungsprozess selbst anfällt, ist für weniger als 20% verantwortlich.

Beim Ansatz des „Tri-Reformings“ soll durch Zugabe von Methan in die jeweiligen Abgase eine katalytische Umsetzung von CO₂ zu einem Synthesegasgemisch erreicht werden, ohne dass CO₂ vorher kostspielig abgeschieden werden muss. Es finden somit in einer Reaktoreinheit alle drei Reforming-Prozesse (Steam Reforming, CO₂ Reforming, partielle Oxydation von Methan) statt. Das erzielte H₂/CO Verhältnis des produzierten Syngases steht hier neben der Lebensdauer- und Performanceoptimierung des Prozesses im Fokus der Forschungsarbeiten. Für die Untersuchung dieses Prozesses wird im Technikum des Lehrstuhls eine Reforming-Anlage im Zuge des Forschungsprojekts errichtet und in Betrieb genommen.

Das Projekt wurde 2023 erfolgreich abgeschlossen.

Kontaktperson:
Markus Lehner

ReOil - Kunststoffabfall innovativ rezyklieren

In der EU fallen jährlich über 25 Millionen Tonnen Kunststoffabfälle an, wovon mit rund 40 % kurzlebige Verpackungen den Hauptanteil darstellen. Um fossile Ressourcen zu schützen und die geforderten Verwertungsquoten zu erreichen, ermöglicht das ReOil-Verfahren eine attraktive Option zum rohstoffliche Recycling von Kunststoffabfällen mittels Pyrolyse. Dabei können auch verunreinigte, gemischte Fraktionen wiederverwerten werden, die für ein mechanisches Recycling durch Regranulation nicht oder nur unter großem Sortieraufwand zugänglich sind. Bei diesem innovativen Ansatz werden Polymere unter Luftabschluss auf Temperaturen über 400 °C erhitzt, wodurch die Kohlenwasserstoffketten in kürzere Fragmente gebrochen werden (thermisches Cracken). Das entstehende Produkt weist ein breites Kettenlängenspektrum auf, eignet sich aufgrund der chemischen Zusammensetzung als Rohölsubstitut und kann in bestehender Raffinerieinfrastruktur zu petrochemischen Produkten, Ausgangsstoffen für die Kunststoffherstellung und Treibstoffen veredelt werden.

Der Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes übernimmt im FFG-geförderten Kooperationsprojekt dabei die wissenschaftliche Begleitung zur Weiterentwicklung, Optimierung und Maßstabsvergrößerung des Kunststoffpyrolyse-Verfahrens. Dabei werden Fragestellungen zu potentiellen Einsatzströmen, den Einflussfaktoren auf das Betriebs- und Produktverhalten, zum Reaktionsmechanismus sowie der Kinetik untersucht. Neben experimentellen Untersuchungen im Labor- und Pilotmaßstab kommen hierfür Methoden der Modellierung und Simulation zum Einsatz.

Weitere Informationen sind unter anderem zu finden in:

Schubert, T., Lechleitner, A., Lehner, M., & Hofer, W. (2019). 4-Lump kinetic model of the co-pyrolysis of LDPE and a heavy petroleum fraction. Fuel, 116597. doi: 10.1016/j.fuel.2019.116597

Schubert, T., Lehner, M., Karner, T., Hofer, W., & Lechleitner, A. (2019). Influence of reaction pressure on co-pyrolysis of LDPE and a heavy petroleum fraction. Fuel Processing Technology, 193, 204-211. doi: 10.1016/j.fuproc.2019.05.016

Kontaktperson:
Markus Lehner

ToFuel

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

01.01.2026 – 31.12.2029

Projektpartner:

 

Das ToFuel-Projekt leistet einen Beitrag zur Reduktion des CO₂-Fußabdrucks im Luftfahrtsektor und zur Erreichung der Klimaneutralitätsziele der Europäischen Union durch die Entwicklung nachhaltiger Flugkraftstoffe (Sustainable Aviation Fuels, SAF) aus erneuerbaren Rohstoffen. Dabei werden landwirtschaftliche Reststoffe und Abfallströme – insbesondere aus der Tomatenproduktion und -verarbeitung – in SAF, Futtermittel, Düngemittel und hochwertige Öle überführt.

Das Projekt adressiert zentrale Herausforderungen der Bioraffinerie, darunter geringe Produktkonzentrationen, komplexe und variable Einsatzstoffe sowie der energieintensive Umgang mit Wasserströmen. Zur Überwindung dieser Engpässe entwickelt ToFuel fortschrittliche, integrierte und CO₂-neutrale Prozessrouten, die eine Kostenparität mit konventionellen Biokraftstoffen anstreben. Der Gesamtprozess umfasst die Biomassefraktionierung mittels Extrusion und hydrothermaler Verflüssigung, CO₂-Abscheidung durch Algenkultivierung, mikrobielle Lipidfermentation auf flüssigen und festen Medien sowie die Voranreicherung und Reinigung der Prozessströme durch neu adaptierte Technologien. Die abschließende Aufwertung zu SAF erfolgt über den HEFA-Prozess, wodurch die Kompatibilität mit bestehender Luftfahrtinfrastruktur gewährleistet wird.

Parallel dazu werden Open-Access-Modelle für Prozesssimulationen, Lebenszyklus- und sozial-ökologische Bewertungen sowie Lebenszykluskostenanalysen entwickelt. Strategien zur Hochskalierung sichern die industrielle Umsetzbarkeit, wobei die Kerntechnologien bis Projektende den TRL 5 erreichen sollen. Neben den technischen Fortschritten stärkt ToFuel das Wissen im Bereich Bioraffinerie, Wassermanagement sowie CO₂-Abscheidung und -Nutzung durch Algen. Damit trägt das Projekt zur Verringerung der Abhängigkeit von fossilen Ressourcen bei, festigt Europas Führungsrolle in der Technologieentwicklung nachhaltiger Kraftstoffe und unterstützt die Schaffung neuer „grüner“ Arbeitsplätze.

Zur Maximierung der Wirkung verfolgt das Projekt eine umfassende Kommunikations- und Verwertungsstrategie, die Stakeholder-Workshops auf europäischer und regionaler Ebene sowie begleitende Maßnahmen zur Wissensverbreitung und Markteinführung umfasst.

Kontaktperson:
Christoph Markowitsch