Wir laden alle Studierenden herzlich zu unserem Seminar „Wasserstoff-Technologien für ein nachhaltiges Energiesystem“ ein. Die Veranstaltung bietet die Möglichkeit, praxisnah an innovativen Lösungsansätzen für eine nachhaltige Energiezukunft zu arbeiten und Wissen in einem hochaktuellen Bereich zu vertiefen.

Im Seminar erwarten Sie folgende Schwerpunkte und Aktivitäten:

• Entwicklung eigener Konzepte: Entwickeln Sie eigenständig innovative Ideen für die Anwendung von Wasserstoff in nachhaltigen Energiesystemen.
• Kritische Reflexion im Team: In Kleingruppen werden die entwickelten Konzepte vorgestellt, analysiert und kritisch hinterfragt – ein spannender Austausch zur Verbesserung und Weiterentwicklung der Ideen.
• Präsentationstraining und Abschlusspräsentation: Ein professionelles Präsentationstraining bereitet Sie darauf vor, Ihr Konzept im Rahmen der Abschlusspräsentation vor einer Jury aus Industrie und Wissenschaft überzeugend zu präsentieren.
• Praxisnahes wissenschaftliches Arbeiten: In einem Peer-Review-Verfahren erhalten Sie die Möglichkeit, wissenschaftliches Arbeiten hautnah zu erleben und durch das Feedback Ihrer Mitstudierenden Ihr Konzept zu schärfen.

Nutzen Sie diese Chance, um neue Fähigkeiten zu erlangen, Erfahrungen im wissenschaftlichen Arbeiten zu sammeln und Ihr Netzwerk im Bereich nachhaltiger Energietechnologien auszubauen.

Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme!

Unsere letzte Veröffentlichung „Benchmark of Mixed-Integer Linear Programming Formulations for District Heating Network Design“ untersucht, wie schnell verschiedene Optimierungsframeworks Topologie- und Investitionsentscheidungen in großen Fernwärmenetzen treffen können. Diese sind entscheidend, um die hohen initialen Investitionskosten von Fernwärmenetzen zu reduzieren.

In der Veröffentlichung werden vier gemischt-ganzzahlige lineare Optimierungsframeworks verglichen – Résimont, DHmin, DHNx und unser neu entwickeltes Framework topotherm. Der Vergleich wurde zum einem mit synthetischen Benchmarks als auch an realen städtischen Gebieten mit bis zu 9.587 möglichen Kanten durchgeführt. Einige wichtige Erkenntnisse sind:

• Topotherm zeigte die besten Skalierungseigenschaften bei Spitzenlastoptimierungen.
• Weniger ganzzahlige Variablen führen nicht immer zu kürzeren Lösungszeiten.
• Redundante binäre Variablen, welche Symmetrien in die Nebenbedingungen einfügen, können die Optimierung verlangsamen.

Die Veröffentlichung (open-access) ist verfügbar unter:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544224026598

topotherm (open-source) ist verfügbar unter:
https://github.com/jylambert/topotherm

Kontakt: Jerry Lambert, Amedeo Ceruti, Benedikt Schweiger

Auch in diesem Jahr findet wieder das Münchner Wasserstoffsymposium (MH2S), organisiert vom Lehrstuhl für Energiesysteme, statt. Seien Sie Teil des MH2S 2024, wo sich Branchenführer, Forscher und Enthusiasten treffen werden, um die Zukunft der Nachhaltigkeit von Wasserstoff zu erforschen und zu gestalten. Der Schwerpunkt des diesjährigen Symposiums liegt auf den Technologien, welche Wasserstoff für die Umgestaltung der chemischen Industrie bereitstellen. Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann melden Sie sich jetzt als Teilnehmer an: Registration Link. Sie haben die Einreichungsfrist für Abstracts verpasst, dann kontaktieren Sie uns bitte per E-Mail.

Datum: 21.-24. Oktober 2024

Location: Science Congress Center Munich, TUM Research Campus Garching

Event website: Website Link

Agenda: Detailed Agenda Link

Kontakt: h2symposium.les(at)ed.tum.de

In unserer neuen Open-Access-Veröffentlichung (verfügbar unter   https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.131843) stellen wir eine Methode vor, um die optimale Topologie, Rohrdimensionierung und Betriebsparameter für Fernwärmenetze zu ermitteln. Die zweiphasige Methode kombiniert gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung (MILP) und nichtlineare Optimierung für effiziente Netzwerktopologien:

Phase 1: Mit MILP wird das System mit kontinuierlichen Durchmessern optimiert und dabei nichtlineare Druck- und Temperaturabhängigkeiten linearisiert.

Phase 2: Die resultierende Topologie und die Durchmesser werden mit einer nichtlinearen sequenziellen quadratischen Programmierung verfeinert, wobei nichtdiskrete Duchmesser penalisiert werden, um diese möglichst gut zu diskretisieren.

Als Beispielquartier wird ein Fernwärmenetz für eine Kleinstadt mit 400 Wärmesenken in nur 251,68 Sekunden optimiert.

Kontak: Jerry Lambert, Benedikt Schweiger

In unseren beiden jüngsten Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Biomasseverbrennung untersuchen wir die Freisetzung von depositionsbildenden Stoffen aus verschiedenen Biomassen und den Einfluss von Additiven. Die experimentellen Daten werden dann auf verschiedene Biomasseverbrennungsanlagen übertragen. Die Daten helfen bei der Brennstoffauswahl und bei der Bewertung des Einsatzes von Additiven. Darüber hinaus zeigen sich interessante Potenziale in Rostfeuerungsanlagen.

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.132471

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.131800
 

Kontakt: Hendrik Mörtenkötter, Sebastian Fendt

Der Lehrstuhl für Energiesysteme veröffentlicht im Rahmen der Schriftenreihe "Energiesystem im Wandel", verschiedene Untersuchungen zu aktuellen und zukünftigen Herausforderungen im Rahmen der Energiewende. Diese Untersuchungen sollen einen wissenschaftlichen Beitrag zur Diskussion bezüglich der Herausforderungen im Rahmen der Energiewende leisten.

Die nun veröffentlichte Methode zur techno-ökonomischen Analyse (TUM CESTEA-Methode), ermöglicht die reproduzierbare wirtschaftliche Analyse von Power-to-X (PtX), Biomass-to-X (BtX) und Power-and-Biomass-to-X (PBtX) Prozessen. Basierend auf bestehenden Methoden können die entstehenden Kosten für solche Prozesse abgeschätzt und Prozessoptionen verglichen werden. Das Hauptziel besteht darin, einen klaren und systematischen Ansatz für die Kostenabschätzung zu entwickeln, um die Qualität und Vergleichbarkeit von PtX-, BtX- und PBtX-TEA-Studien zu gewährleisten.

DOI: 10.14459/2024md1743206

Kontakt : Marcel Dossow, Sebastian Fendt

Um Sektoren und Industrien wie den Schwerlastverkehr, den Luftverkehr und die chemische Industrie zu defossilisieren, braucht es auch in Zukunft grüne alternativen zu heutigem Erdöl und-gas basierten Produkten. Der Lehrstuhl für Energiesysteme (LES) setzt dabei auf biomassebasierte Chemikalien und Kraftstoffe, da diese einen direkten Ersatz für fossile Ressourcen darstellen und für die Reduktion der anthropogenen Treibhausgasemissionen unabdingbar sind. Der LES schlägt mit seinem aktuellen Review Paper zur Elektrifizierung von Biomass-to-X-Prozessen (BtX) eine vielversprechende Richtung vor.

Im Mittelpunkt der vorgestellten Herstellungsverfahren steht die Biomasse-Vergasung -  ein bewährter Prozesspfad, der als Biomass-to-X (BtX) bekannt ist, und deren Anwendungsbereich in der katalytischen Synthese zur Herstellung von grünen Chemikalien und Kraftstoffen liegt. Da Biomasse eine endliche Ressource ist, muss die Produktausbeute für eine effiziente Nutzung maximiert werden. Die Elektrifizierung ist ein vielversprechender Weg, der einige Vorzüge gegenüber den herkömmlichen BtX- und strombasierten Verfahren (Power-to-X, PtX) bietet. Elektrifizierungsoptionen werden hierbei in direkte und indirekte Verfahren unterteilt. Während bei indirekten Verfahren Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse dem Prozess zugeführt wird (Power-and-Biomass-to-X, PBtX), wird bei der direkten Elektrifizierung (eBtX) Elektrizität in bestimmte Prozessschritte integriert und bietet durch die Umwandlung von Elektrizität in verschiedene Energieformen wie Wärme, elektrochemische Energie oder Plasma eine hohe Effizienz.

In der LES-Analyse werden verschiedene Elektrifizierungsoption mit Blick auf ihre Prozessausbeute und -reife, der technologischen Machbarkeit, sowie hinsichtlich Anlagenstandort, Platzbedarf und dynamischen Betrieb untersucht. Insbesondere die Wasserstoffzugabe zu PBtX-Prozessen steht im Mittelpunkt des Interesses, da sie eine deutlich verbesserte Kohlenstoffeffizienz und Produktausbeute aufweist. Die Technologie hat einen hohen technologischen Reifegrad und die System- und Prozessvorteile werden durch umfangreiche Simulationsarbeiten in der Literatur belegt. Es wird jedoch auf eine Forschungslücke bei der Direktelektrifizierung (eBtX) hingewiesen, bei der noch ein geringerer technologischer Reifegrad besteht und umfassende Studien sowohl auf Anlagen- als auch auf Systemebene noch ausstehen.

DOI: 10.1039/D3EE02876C (Review Article)

Kontakt: Marcel Dossow, Sebastian Fendt

A recent study, sheds light on the significant role biomass can play in the transition to sustainable energy. The research delves into various biomass-to-x pathways, comparing six key products derived from entrained flow gasification. Methanol emerges as a promising option with low costs, while hydrogen-based products require a comprehensive evaluation, especially in the context of CO2 abatement costs. This study underscores the importance of strategic planning for a sustainable and economically viable shift towards biomass-derived synthetic fuels. Link to the paper

Deutsch-brasilianische Innovationskooperation in der grünen Energie- und Wasserstoffforschung

11. – 21. September 2023

Auf dem Weg hin zu nachhaltiger Energieinnovation veranstaltete der TUM-Lehrstuhl für Energiesysteme kürzlich eine Roadshow im Rahmen des Internationalen Zukunftslabors REDEFINE H2E im Süden Brasiliens. Die Roadshow diente deutschen und brasilianischen Forschern als Plattform, um Möglichkeiten der Zusammenarbeit auszuloten, insbesondere in den Bereichen Power-to-X, Wasserstofferzeugung und nachhaltige Flugkraftstoffe (SAF) aus Biomasse.

Die Initiative steht im Einklang mit den strategischen Zielen des REDFINE H2E-Projekts, bei der dem TUM-Lehrstuhl für Energiesysteme Partnerschaften mit prominenten Institutionen im Energiesektor geschlossen hat. Während der Roadshow vom 11. bis 15. September 2023 besuchte das TUM-Team wichtige brasilianische Partner, darunter das Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), die Universität von Campinas (UNICAMP, ebenfalls im REDEFINE Strateg  ic Advisory Board vertreten), das Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) und die Bundesuniversität von Rio de Janeiro (UFRJ).

Die gemeinsamen Anstrengungen deutscher und brasilianischer Forscher in Verbindung mit dem REDEFINE H2E International Future Laboratory umfassen verschiedene Forschungsbereiche entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette. Dazu gehören die elektrisch unterstützte Vergasung (e-gas), reversible Festoxidzellen (rSOC), die biokatalytische Synthese (Biocat) sowie die sorgfältige Betrachtung und Modellierung auf Systemebene (SLAM) zur Optimierung der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette.

Die Roadshow wurde durch einen gemeinsamen Workshop mit der UFRJ im Rahmen des BayIntAn-Projekts ergänzt. Dieser Workshop, der vom 18. bis 21. September 2023 am Institut Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia (COPPE) der UFRJ stattfand, stand ganz im Zeichen der Zusammenarbeit zwischen deutschen und brasilianischen Experten. Ziel dieser interdisziplinären Zusammenarbeit war es, innovative Lösungen für eine nachhaltige Zukunft zu entwickeln, indem der Wissensaustausch zwischen Wissenschaftlern aus den Bereichen Wasserstoff, erneuerbare Energien und chemische Verfahrenstechnik gefördert wurde.

Unter anderem nahmen Partner des Instituts für Energieplanung (PPE) an dem 4 tägigen Workshop teil. Die Gruppe ist auf Lebenszyklusanalysen (LCA) und die Entwicklung von Geschäftsfällen spezialisiert. Das Laboratory of Nano and Microfluidics and Microsystems stellte ihr bahnbrechendes Projekt "enerGente" am Fachbereich Maschinenbau vor, das solarthermisch betriebene Entsalzung mit integrierter Wasserstofferzeugung kombiniert. Dieses Projekt steht im Einklang mit dem Schwerpunkt auf nachhaltigen Technologien und alternativen Energielösungen und war daher ein zentraler Bestandteil der Diskussionen. Der Workshop fand auch im Fachbereich Chemieingenieurwesen statt, wo Experten für numerische Strömungsmechanik (CFD), angewandte Thermodynamik und Themen wie Wasserstoffderivate, C1-Folgechemie, Katalysatortests und Biomassepyrolyse aufschlussreiche Diskussionen führten.

Die Zusammenarbeit zeigt das Engagement für die Gestaltung der Zukunft nachhaltiger Energielösungen und das große Interesse an der Förderung enger Partnerschaften auf diesem Gebiet. Der TUM-Lehrstuhl für Energiesysteme bedankt sich bei allen Partnern und Förderern, die zum Erfolg dieser Initiativen beigetragen haben.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMWF) fördert das Projekt REDEFINE H2E unter dem Förderkennzeichen 01DD21005.

Der Workshop zwischen TUM-LES und COPPE-UFRJ wurde durch die Bayerische Forschungsallianz unter dem Förderkennzeichen BayIntAn_TUM_2023_116 im Rahme des Bayerischen Hochschulförderprogramms zur Anbahnung und Vertiefung internationaler Forschungskooperationen gefördert.

In einer neuen Veröffentlichung im Journal „Advanced Sustainable Systems“  mit dem Titel „Performance Requirements of Membrane Reactors for the Application in Renewable Methanol Synthesis: A Techno-Economic Assessment“ betrachten die Autoren die Herstellung von erneuerbarem Methanol mit Hilfe von Membranreaktoren. Zu diesem Zweck wurde ein 1-D Python Modell des Membranreaktors mit der Prozesssimulationssoftware Aspen Plus gekoppelt und Parameterstudien durchgeführt. Anschließend wurden die Ergebnisse in einer techno-ökonomischen Bewertung genutzt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass Membranreaktoren zwar Kosten reduzieren können bei der Methanol Synthese, jedoch muss für diesen Zweck die Wasserstoffpermeanz gering gehalten und eine hohe Wasserpermeanz erreicht werden. Außerdem muss die Membran bei Lebensdauern von etwa 2 Jahren unter 1000€ pro m² kosten.

Artikel verfügbar unter (open access): https://doi.org/10.1002/adsu.202200254

Kontakt: Vincent Dieterich