Der Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik beschäftigt sich simulativ mit der Herstellung von Wasserstoff durch unterschiedliche Wasserelektrolysetechnologien sowie durch Dampfreformierung von Biogas. Dieser Wasserstoff soll als Ausgangsstoff für die Synthese unterschiedlicher Wasserstoffderivate dienen. Den Strom-basierten Wasserstofferzeugungsprozessen und integrierten Prozessketten werden konventionelle Herstellungsverfahren basierend auf fossilen Rohstoffen wie Erdgas zur Bewertung gegenübergestellt.

Neben der Erzeugung von grünem Wasserstoff innerhalb Deutschlands und der damit einhergehenden nötigen Hochskalierung von Elektrolysetechnologien, ist der Import von Wasserstoff und dessen Derivaten nötig, um den heutigen und zukünftig steigenden Wasserstoffbedarf zu decken. Vor diesem Hintergrund wird am Lehrstuhl an der Rückgewinnung des Wasserstoffs aus Ammoniak am Zielort durch das sogenannte Ammoniak Cracking geforscht.

Website: Forschung am APT
Kontakt: Sebastian Rehfeldt

Der Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik beschäftigt sich neben der Bereitstellung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse oder Dampfreformierung von Biogas auch mit dessen Umsetzung zu unterschiedlichen Wasserstoffderivaten. Der Fokus liegt dabei speziell auf dem Ammoniak- und Methanolprozess sowie der Gesamtprozesskette aus Elektrolyse und Folgeprozess. Beispielsweise werden Design und Betriebsstrategien zum flexiblen Betrieb von Ammoniakanlagen entwickelt. Daneben werden stoffliche und energetische Integrationspotentiale der Gesamtprozesskette bei der Herstellung von E-Methanol identifiziert und bewertet. Um verschiedene Betriebsstrategien und die Flexibilität eines E-Methanolprozesses zu untersuchen, wird am Lehrstuhl am Digitaler Zwilling einer Methanolanlage im Containermaßstab gearbeitet.

Website: Forschung am APT
Kontakt: Sebastian Rehfeldt

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 kryogenem komprimierten Wasserstoffgas (CcH2) ist eine vielversprechende Speichertechnologie, da sie sehr hohe Speicherdichten ermöglicht.

Für die regionale, dezentrale Produktion und Verteilung von Wasserstoff können allerdings auch Speichertechnologien mit gasförmigem Wasserstoff vorteilhaft eingesetzt werden. Hier liegt ein besonderer Fokus auf den sog. Multi-Element Gas Carrier (MEGC). MEGC sind transportable Wasserstoffspeichercontainer, in denen Wasserstoff bei erhöhtem Druck und Umgebungstemperaturen in mehreren Druckbehältern gespeichert wird.

Auch in der Luftfahrt bietet die Nutzung von grünem Wasserstoff als Antrieb für größere kommerzielle Flugzeuge erhebliches Potenzial zur Reduzierung von Emissionen. Neben der Entwicklung neuer Antriebssysteme und Flugzeugkonzepte ist der Aufbau einer entsprechenden Wasserstoff-Infrastruktur entscheidend. Die Schaffung langfristiger Perspektiven und die Definition von Transitionspfaden im Rahmen einer globalen Energiewende sind hierbei von zentraler Bedeutung. Dies erfordert eine umfassende Betrachtung der technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Aspekte der Bereitstellungskette, der sich die Forschung am Lehrstuhl widmet.

Website: Forschung am APT
Kontakt: Sebastian Rehfeld

Die Produktion des grünen Wasserstoffs erfolgt in diesem Projekt mittels Dampfreformierung von Biogas. Hierzu startete das Schwesterprojekt „BioH2Ref“ im Januar 2022 mit dem Ziel der Entwicklung einer Pilotanlage zur Herstellung von Wasserstoff aus Biogas. Dazu wird die entwickelte Anlage mit einer Kapazität von 100 kg Wasserstoff pro Tag am Biogashof Schleupen in Krefeld installiert und testweise betrieben.

Im Rahmen des Projekts „BioH2Log“ werden die Messdaten des Projekts „BioH2Ref“ zur Entwicklung für einen digitalen Zwillings der Wasserstoffproduktionsanlage synergetisch genutzt. Außerdem werden im Rahmen einer Messkampagne Daten zu dem Speicher- und Tanksystem des produzierten Wasserstoffes aufgenommen, welche wiederum als Grundlage für die Modellerstellung des Wasserstoffspeichersystems dienen. Des Weiteren wird ein digitaler Zwilling für eine innovative Verteillogistik des grünen Wasserstoffs entwickelt. Im Fokus steht hierbei ein Modell aus vielen dezentralen Produktionsstätten von biogenem Wasserstoff mit vielen regionalen Abnehmern, wie beispielsweise Fahrzeuge des ÖPNV.

Ammoniak Cracking: Ammoniak als Wasserstoffträger für den interkontinentalen Transport

Auf dem Weg zur Dekarbonisierung der deutschen Wirtschaft ist die Verfügbarkeit großer Mengen „grünen“ Wasserstoffs von entscheidender Bedeutung. Da die nationale Produktion an grünem Wasserstoff in Deutschland jedoch für die nationalen Dekarbonisierungsziele nicht ausreicht, setzt die Bundesregierung auf umfangreiche Importe aus Regionen mit günstigen erneuerbaren Energien. Für einen energieeffizienten Wasserstofftransport ist die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak, das eine hohe Wasserstoffdichte aufweist, sinnvoll. Die Rückgewinnung des Wasserstoffs aus Ammoniak erfolgt am Zielort über das sogenannte Ammoniak Cracking. Zum aktuellen Stand der Technik wird die Ammoniakspaltung industriell bisher nur für kleine Nischenanwendungen mit nur geringen Wasserstoffströmen (typische Größe: 1-2 t pro Tag) angewendet. Vor dem Hintergrund der nationalen Klimaschutzziele, der angestrebten Reduktion der CO2- Emissionen und der angespannten Versorgungslage mit Energierohstoffen, strebt das Forschungsprojekt HyPAC eine Transformation der deutschen Wirtschaft auf Wasserstoff-Basis an. Im Rahmen von HyPAC soll ein neues Verfahren zur Wasserstofferzeugung aus Ammoniak, entwickelt und erstmalig in einer Miniplant demonstriert werden. Das Vorhaben strebt einen industriellen, leicht skalierbaren und energieeffizienten Ammoniak Cracking Prozess an. Dieser soll in großen Maßstab Wasserstoff (ca. 500 t pro Tag) in hoher Reinheit und zu attraktiven Preispfaden zentral erzeugen und für große industrielle Abnehmer, wie der chemischen Industrie, Wasserstoff-Pipeline-Netze oder Gasturbinen, bereitstellen.

Der Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik befasst sich im Rahmen des Projektes mit der experimentellen Untersuchung der Katalysatoren und idealen Prozessbedingungen. Zudem werden Reaktor- und Prozessmodelle erstellt, um eine techno-ökonomische Untersuchung zu ermöglichen. Hierfür wird ebenso der Gesamtprozess unter Berücksichtigung der Energieintegration simuliert. Basierend auf diesen Grundlagen wird eine Lebenszyklusanalyse (LCA) angefertigt.

Projektrahmen: Verbundvorhaben: HyPAC – Ammoniak als Wasserstoffträger für den interkontinentalen Transport
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
Förderkennzeichen: 03EI3088B
Laufzeit: 01.07.2023 - 31.06.2026
Website: HyPAC
Kontakt: Bruno Villela Pedras Lago, Sebastian Wodak

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.

Projektrahmen: Verbundvorhaben: CryoTRUCK
Förderung: Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV)
Förderkennzeichen: 03B10411E
Laufzeit: 01.01.2022 - 31.05.2025
Website: CryoTRUCK 
Kontakt: Johannes Hamacher, Alexander Stary, Daniel Siebe, Laura Stops 

Entwicklung und Demonstration zweier Technologien für die Betankung von Flugzeugen mit Flüssigwasserstoff: Direkte Betankung und Tankwechsel-Technologie

Ziel des Projekts sind die Entwicklung zweier Betankungstechnologien und deren Demonstration an Flughäfen in Mailand und Paris. Untersucht werden die direkte Betankung eines Flugzeugs mit Flüssigwasserstoff und eine Tanktausch-Technologie, bei der ein leerer Tank durch einen gefüllten Tank ausgetauscht wird. Der Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik arbeitet im Rahmen des Projekts ALRIGH2T in Kooperation mit Linde plc an der Entwicklung und Modellierung eines direkten Betankungssystems basierend auf einer Flüssigwasserstoffkreiselpumpe. Dabei wird eine solche Pumpe entwickelt und in einer Testanlage erprobt. Zudem wird ein dynamisches Modell für Be- und Entladungsvorgänge von Flüssigwasserstoff entwickelt und verwendet, um das Gesamtsystem zu optimieren.

Projektrahmen: EU Förderprojekt ALRIGH2T
Förderung: European Climate, Infrastructure and Environment Executive Agency (CINEA)
Förderkennzeichen: 101138105
Laufzeit: 01.01.2024 - 01.01.2028
Website: ALRIGH2T
Kontakt: Fabian Primke
Weiterführende Informationen: ALRIGH2T Website

Wasserstoff gilt als ein Energieträger der Zukunft und ist Ausgangsstoff zahlreicher Folgesynthesen. Den Wassersoff zu transportieren und zu speichern stellt jedoch eine Herausforderung dar. Dies kann unter anderem in flüssiger Form erfolgen, sodass die Wasserstoffverflüssigung einen heute und in zukünftig wichtigen Prozess darstellt.

Diese Veranstaltung knüpft an die Vorlesung „Grundlagen der Kälteerzeugung und Industrielle Tieftemperaturanlagen“ an. Zunächst wird die Herstellung, Nutzung und Handhabung von Wasserstoff, sowie die Wasserstoffverflüssigung im Rahmen einer Vorlesung gelehrt und diskutiert. Zudem werden Einblicke in die Projektabläufe und Projektphasen im Ingenieursbereich gegeben. Anschließend simulieren die Studierenden ausgewählte kryogene Prozesse, unter anderem einen Wasserstoffverflüssigungsprozess, mit dem Simulationsprogramm UniSim® Design. Damit lernen die Studierenden UniSim® Design zu bedienen und bauen ein vertieftes Verständnis für kryogene Verflüssigungsprozesse auf.

Mehr Informationen: TUMonline