Energieverfahrenstechnik

 

Renewable Gasfield

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Dezember 2018- November 2020

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.

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. 

Kontaktperson:
Andreas Krammer

i3upgrade – intelligent, integrated, industries

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

Juni 2018 - November 2021

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.

Weiterführende Informationen: www.i3upgrade.eu

Renewable Steel Gases

Projekt Eckdaten

Laufzeit:

März 2017- Februar 2020

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. 

Kontaktperson:
Ana Roza Medved

Underground Sun Conversion

Aus Sonnen- oder Windenergie und Wasser (Power-to- Gas-Technologie) wird zunächst in einer oberirdischen Anlage Wasserstoff erzeugt. Gemeinsam mit CO2 wird dieser Wasserstoff in eine vorhandene (Poren-)Erdgaslagerstätte eingebracht. In über 1.000 Meter Tiefe wandeln nun natürlich vorhandene Mikroorganismen diese Stoffe in relativ kurzer Zeit in erneuerbares Erdgas um, welches anschließend direkt in dieser Erdgaslagerstätte gespeichert, bei Bedarf jederzeit entnommen und über die vorhandenen Leitungsnetze zum Verbraucher transportiert werden kann. Das Ziel des Forschungsprojekts ist es, vorhandene (Poren-)Erdgaslagerstätten als natürliche geologische „Reaktoren“ zu nutzen. So finden sowohl der Methanisierungsprozess als auch die Speicherung auf natürlichem Weg in unterirdischen Porenlagerstätten statt. Darin liegt das große Potenzial, indem die bislang fehlende aber dringend benötige Flexibilität im Umgang mit erneuerbaren Energien geschaffen wird. Umfangreiche Laborversuche teilweise bereits aus dem Vorläuferprojekt Underground Sun Storage, das ebenfalls vom Klima- und Energiefonds gefördert wurde, zeigen, dass in die Lagerstätte eingebrachter Wasserstoff und CO2 mikrobiologisch in Methan umgewandelt werden. Damit kann es gelingen einen nachhaltigen Kohlenstoff-Kreislauf zu etablieren. Gemeinsam mit einem Konsortium werden Laborversuche, Simulationen und wissenschaftliche Feldversuche an einer existierenden Lagerstätte der RAG durchgeführt. Ziel ist es auch, die Übertragbarkeit der gewonnenen Ergebnisse auf viele andere Lagerstätten weltweit zu prüfen. Die angestrebten Ergebnisse sind daher von herausragender Bedeutung für eine gelingende Energiewende.

Weiterführende Informationen: www.underground-sun-conversion.at

 

 

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.

 
 

Kontaktperson:
Markus Lehner

Spin-Off-Fellowship ZKS Trenntechnik

Aktuell werden Kunststoffabfälle zum Großteil in Zementwerken oder Verbrennungsanlagen als Ersatzbrennstoffe genutzt und somit thermisch verwertet. Ein stoffliches und werkstoffliches Recycling ist derzeit mengenmäßig nur von untergeordneter Bedeutung, da die verfügbaren Reststoffe oft in zu heterogener Form anfallen um eine entsprechende Qualität der Recyclingkunststoffe sicherstellen zu können. Eine attraktive Möglichkeit diese Kunststoffe dennoch zu recyceln stellt das chemische Recycling, also die Zerlegung der Kunststoffe in ihre chemischen Bausteine und anschließende Verwendung dieser für die Herstellung neuer Kunststoffe, dar. Für diese Form des Recyclings, die vom Lehrstuhl für Verfahrenstechnik des industriellen Umweltschutzes (VTIU) gemeinsam mit der OMV AG seit vielen Jahren erforscht wird, ist es jedoch erforderlich die in zu unterschiedlicher und verunreinigter Form anfallenden Kunststoffabfälle vorzubehandeln.

An diesem Punkt setzten bereits seit über 8 Jahren Forschungsarbeiten des Lehrstuhls VTIU zusammen mit industriellen Partnern und Fördergebern sowie anderen Lehrstühlen wie der Aufbereitung und Veredlung (AuV) oder der Abfallverwertungstechnik und Abfallwirtschaft (AVAW) der Montanuniversität Leoben an. So haben die Lehrstühle VTIU und AuV eine nass-mechanische Aufbereitungsanlage errichtet, welche als Kernaggregate eine Setzmaschine (Firma Siebtechnik GmbH), ein Linearschwingsieb (Firma IFE Aufbereitungstechnik GmbH) sowie ein eigens ausgelegter und konstruierter Prototyp eines sogenannten „Zentrifugalkraftscheiders“ aufweist.

Nachdem dieser Aufbereitungsprozess nun nach vielen Jahren optimiert und seine Leistungsfähigkeit bewiesen wurde konnten nicht nur Erfolge wie einige Auszeichnungen (ÖWAV-Preis 2018, Nominierung zum Energy Globe Austria Award 2019), sondern auch großes Interesse aus der Industrie geweckt werden. Daher wurde mit Unterstützung der österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG das Spin-Off-Fellowship ZKS-Trenntechnik gestartet. Im Zuge dessen bereiten die Mitarbeiter Dr. Markus Bauer und DI Daniel Schwabl die Ausgründung einer Firma zur Kommerzialisierung des Aufbereitungsverfahrens vor. Die Unternehmensgründung soll im Sommer 2020 erfolgen und eine erste Industrieanlage errichtet werden.

 

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:
Andreas Lechleitner

 

Öffnungszeiten

Mo-Do 08:00-16:00
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