Fakultät für Maschinenwesen

Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik

Prof. Dr.-Ing. Harald Klein


Forschung

Synthesegas dient als Edukt zur Herstellung unterschiedlicher Downstream-Produkte, wie DME, synthetischer Kraftstoffe oder synthetischem Erdgas. Herkömmlich wird Synthesegas aus Erdgas mit CO2-intensiven Prozessen gewonnen. Ziel ist es deshalb, die Synthesegaserzeugung nachhaltiger und klimaneutraler zu gestalten, unter anderem durch Integration der Elektrolyse. Auf simulativer Ebene sollen verschiedene Verfahren modelliert, kombiniert und analysiert werden.

Im Rahmen des Power-to-fuel Projektes konnte bereits ein wichtiger Meilenstein erreicht werden. In einem kombinierten Prozess lässt sich mit CO2-Filterung aus der Luft, Wasser und erneuerbarem Strom mit der Hochtemperatur-co-Elektrolyse Synthesegas nachhaltig erzeugen, das in weiteren Schritten zu synthetischem Kraftstoff umgesetzt wird. Die in Containergröße realisierte Anlage soll nun simulationsgestützt auf einen größeren Maßstab skaliert werden.

Daneben steht die Weiterentwicklung der PEM-Elektrolyse im Fokus unserer Arbeiten. Die Potentiale zur Effizienzsteigerung von Stack und Gesamtsystem sollen beurteilt und im Weiteren eine Optimierung für bestimmte Betriebsszenarien durchgeführt werden.

Die Synthesegaserzeugung ist direkt verknüpft mit der Produktgewinnung. Je nach Produkt (z.B. DME, synthetische Kraftstoffe oder synthetisches Erdgas) wird ein unterschiedliches Synthesegasverhältnis benötigt, für das eine individuelle Auslegung des Prozesses zur Synthesegasgewinnung auf möglichst nachhaltigem Weg erfolgen soll.    

Bei der synthetischen Kraftstofferzeugung im P2X Projekt findet die Synthesegasverarbeitung in einem Fischer-Tropsch-Reaktor zu langkettigen Kohlenwasserstoffen statt, aus denen im nachfolgenden Downstream-Prozess das gewünschte Produkt gebildet wird. Diese und weitere Anlagenoptionen zur integrierten Erzeugung von unterschiedlichen Downstream-Produkten werden mit Simulationen nachgebildet, um die Prozessschritte optimal zu verknüpfen und für hohe Produktionsmengen anzupassen.

Einer der wichtigsten Herausforderungen im Kampf gegen den Klimawandel ist es, die Treibhausgasemissionen im Mobilitätssektor zu reduzieren. Neben der Batterietechnologie stehen auch Wasserstoff betriebene Fahrzeuge im Fokus der Forschung und Entwicklung. Besonders für Langstrecken-Nutzfahrzeuge ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle eine ideale Lösung. Für diese Anwendung wird ein hoch effizienter Wasserstofftank benötigt. Die Speicherung von kryoge-nem komprimierten Wasserstoffgas (CcH2) ist eine vielversprechende Speichertechnologie, da sie sehr hohe Speicherdichten ermöglicht.

Website: Forschung am APT
Kontakt: Johannes Hamacher

PtX Projekte

Erforschung, Validierung und Implementierung von „Power-to-X“ Konzepten
Im Rahmen des Power-to-fuel Projektes konnte bereits ein wichtiger Meilenstein erreicht werden. In einem kombinierten Prozess lässt sich mit CO2-Filterung aus der Luft, Wasser und erneuerbarem Strom mit der Hochtemperatur-co-Elektrolyse Synthesegas nachhaltig erzeugen, das in weiteren Schritten zu synthetischem Kraftstoff umgesetzt wird. Die in Containergröße realisierte Anlage soll nun simulationsgestützt auf einen größeren Maßstab skaliert werden.

Daneben steht die Weiterentwicklung der PEM-Elektrolyse im Fokus unserer Arbeiten. Die Potentiale zur Effizienzsteigerung von Stack und Gesamtsystem sollen beurteilt und im Weiteren eine Optimierung für bestimmte Betriebsszenarien durchgeführt werden.

Bei der synthetischen Kraftstofferzeugung im P2X Projekt findet die Synthesegasverarbeitung in einem Fischer-Tropsch-Reaktor zu langkettigen Kohlenwasserstoffen statt, aus denen im nachfolgenden Downstream-Prozess das gewünschte Produkt gebildet wird. Diese und weitere Anlagenoptionen zur integrierten Erzeugung von unterschiedlichen Downstream-Produkten werden mit Simulationen nachgebildet, um die Prozessschritte optimal zu verknüpfen und für hohe Produktionsmengen anzupassen.

Projektrahmen: Kopernikus-Strategie des BMBF
Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Laufzeit: 09/2019-08/2022
Kontakt: Johanna Hemauer
Website: https://www.kopernikus-projekte.de/
Weiterführende Informationen: TUM Kooperationsprojekt

Entwicklung eines Cryogas Wasserstoffspeichers für den Einsatz in Lang-strecken-Nutzfahrzeugen
Die Entwicklung und Optimierung eines kryogenen Wasserstofftank-Systems für die Anwendung in LKWs liegt im Fokus des CryoTRUCK Forschungsprojekts. Die wissenschaftliche Arbeit besteht darin entsprechende thermodynamische Modelle und Simulationsmodelle für die Kältespeicherung und den Wärmeaustausch aufzustellen. Darauf basierend werden die Prozesse des Betankens und der Kraftstoffentnahme im Betrieb dynamisch simuliert. Es sind außerdem experimentelle Untersuchungen an kalten Tanksystemen mit den Projektpartnern geplant. Die Modellierung und die experimentelle Validierung sind die Grundbausteine um das CcH2-Speichersystem erfolgreich in Kraftfahrzeuge zu integrieren.

Website: APT CryoTRUCK
Kontakt: Johannes Hamacher, Alexander Stary

Kontakt

Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik
Prof. Dr.-Ing. Harald Klein

Ansprechpartnerin

Johanna Hemauer

 

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