Entscheidungsbäume für Wasserstofftechnologien – Entwicklung eines Excel-Tools für wirtschaftliche Entscheidungen bei regulatorischen und ökonomischen Unsicherheiten

Immer mehr Unternehmen engagieren sich im neuen Markt der Wasserstofftechnologien – mit seinem komplexen regulatorischen und ökonomischen Umfeld. Häufig gestaltet es sich für KMUs schwierig eigene zukunftsgerichtete Modellrechnungen für vergleichende wirtschaftliche Bewertungen von Alternativen zu erstellen.

Unser Excel-basiertes Softwaretool ermöglicht es, bestehende Unsicherheiten übersichtlich zu bewerten. Hierzu wurden literaturbasierte CAPEX-Modelle mit OPEX-Modellen auf der Basis von gelisteten Terminmarktpreisen kombiniert. So lassen sich dynamische Entwicklungen über integrierte, vom Anwender parametrisierbare Discounted-Cash-Flow-Modelle vergleichend bewerten.

Entwicklung eines DYNAFLEX^®-Checks für kleine und mittlere Unternehmen

Mit dem DYNAFLEX®-Check können Unternehmen – vor allem KMU – ihren Entwicklungsstand in den zentralen Bereichen der Sektorenkopplung zu analysieren: der Energie- und Ressourceneffizienz, der Digitalisierung und der Flexibilität der Produktion.

Das Online-Tool ist bewusst einfach gehalten. Nach Beantwortung der Fragen zu den genannten Bereichen erfolgt die Auswertung nach dem Ampelsystem. Vorhandenen Stärken und Schwächen werden aufgezeigt, zudem gibt es Handlungsempfehlungen (Chancen und Risiken) in der Gesamtauswertung.

Salzlösungen als Energiespeicher

In der Lebensmittelindustrie, der chemischen Industrie und der Biotechnologie ist die Konzentrierung von Lösungen ein häufig eingesetzter und energieintensiver Prozess. Etablierte Prozesse sind zum Beispiel thermisch getriebene Eindampfsysteme oder druckgetriebene Membranprozesse.

Einen neuartigen und alternativen Ansatz bietet die Vorwärtsosmose. Die eingesetzte konzentrierte Salzlösung (Draw Solution/DS) kann dabei entweder in natürlicher Form vorliegen (z. B. Meerwasser, Grubenwasser, Salinen, Salzseen) oder künstlich erzeugt und regeneriert werden. Wird eine natürlich vorliegende DS verwendet, beschränkt sich die einzubringende Prozessenergie auf den Betrieb weniger Niederdruckpumpen. Bei künstlicher DS entsteht ein zweiter indirekter Energiebedarf zur Regenerierung der DS. Dieser Energiebedarf kann jedoch durch einen entsprechenden Pufferspeicher zeitlich vom Konzentrierungsprozess entkoppelt werden.

Wir untersuchen technische Membransysteme und geeignete Salzlösungen hinsichtlich ihres Energiespeicherpotenzials. Neben direkten Versuchsreihen steht eine ökonomische und ökologische Begutachtung des Gesamtsystems im Fokus.

Entwicklung einer nachhaltigen Wasserstrategie für die Energiewende in NRW – Wasser-to-EE

Beim Ausbau der Energieinfrastruktur ist die systemübergreifende Betrachtung von Strom, Gas und Wasserstoff Teil der Energieversorgungsstrategie von Nordrhein-Westfalen. Bei der peripheren Infrastruktur hingegen – hierzu zählt zum Beispiel Wasser – werden weder die Verfügbarkeit noch der Transportaufwand berücksichtigt.

Wasser-to-EE sieht eine gravierende Lücke bei der Folgenabschätzung der sich wandelnden Energieerzeugung hin zu Erneuerbaren Energien. Unser Ziel ist daher sie Entwicklung eines nachhaltigen Wassermanagementkonzepts für die Energiewende von Nordrhein-Westfalen. Die Folgen des Energiewandels auf die Wasserversorgung werden perspektivisch in einem Szenario für 2030 beschrieben und für ausgewählten Standort in Landkarten visualisiert.

Integration einer Strukturmechanikanalyse in einen CFD-Aerodynamik-Optimierungsworkflow für Turbomaschinen

Um Prozesse bei einer volatilen Energieerzeugung mit höchsten Wirkungsgraden stabil und flexibel zu betreiben, bedarf es nicht nur einer gesamtheitlichen Systemoptimierung. Weiterhin müssen spezifische Prozessapparate optimiert und flexibilisiert werden. Dieses Projekt adressiert Turbomaschinen als zentrale Apparate einer Vielzahl heutiger und zukünftiger Energie- und Produktionsprozesse.

Bei der Optimierung von Verdichtern und Turbinen sind neben der aerodynamischen Effizienz im flexiblen Betrieb verstärkt die strukturmechanischen Belastungen zu berücksichtigen. Das gilt gerade für die fortgeschrittenen Designs, die während einer früheren Phase von DYNAFLEX® erarbeitet wurden und erhebliches Potential aufzeigen, die Effizienz zu erhöhen und gleichzeitig die Belastung zu verringern.

Um diese Einflüsse gekoppelt zu analysieren, streben wir die Integration einer FEM-Analyse (Finite-Elemente-Methode) in eine bestehende Optimierungsumgebung an. So können wir im nächsten Schritt hocheffiziente und belastbare Turbomaschinen für den derzeitigen und zukünftigen Markt unter Berücksichtigung neuester Fertigungsverfahren optimieren.

Aufbau PtX-Implementierung: dezentrale Ammoniakzersetzung

Ammoniak (NH₃) ist ein wichtiger Baustein für eine zukünftige Wasserstoffwirtschaft und bietet speziell beim Transport über große Distanzen oder an dezentralen Standorten Vorteile gegenüber flüssigem Wasserstoff oder LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier).

Bei dezentralen Anwendungen können die Kosten für den Wasserstofftransport über die »letzte Meile« hin zum Nutzer sowie die lokale dezentrale Speicherung bis zu 50 Prozent der Gesamtkosten betragen. Speziell für importiertes grünes Ammoniak ist daher eine Verteilung bis zu den dezentralen Abnehmern und eine Vorort-Bereitstellung des Wasserstoffs durch eine Ammoniakspaltung sinnvoll.

Wir entwickeln Lösungen, bei denen ein Reaktor mit direkter Widerstandsbeheizung eines speziellen Katalysatorbettes (ohmscher Reaktor) für die Ammoniakzersetzung eingesetzt und erprobt wird. So kann die benötigte Temperatur von bis zu 600 °C für die endotherme Reaktion besonders effizient in den Reaktor eingebracht werden. Verglichen mit herkömmlichen Reaktoren ist die Bauweise deutlich kompakter und die Reaktionssteuerung ist wesentlich effizienter. Zudem werden Wärmeverluste minimiert.