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Das Institut

Das IMVT befindet sich am Campus Nord des Karlsruher Instituts für Technologie im Gebäude 605 und dem benachbarten Gebäude 606.

Im Juli 2009 wurde Prof. Dr. Roland Dittmeyer als Nachfolger von Dr. Schubert zum Institutsleiter ernannt und gleichzeitig auf eine neu geschaffene Professur für Mikroverfahrenstechnik an der Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik der Universität Karlsruhe berufen. Seither verfügt das IMVT zudem über eine Dependance am Institut für Chemische Verfahrenstechnik am Campus Süd im Gebäude 30.41.

Historisch basiert die Entwicklung von mikrostrukturierten Apparaten am IMVT auf den Fertigkeiten zur Herstellung von Düsen mit kleinsten Umlenkradien bis zu 30 µm durch spanabhebende Bearbeitung mit geschliffenen Formdiamanten. Die so genannten Trenndüsen wurden für die Anreicherung von spaltbarem Uran aus Isotopengemischen eingesetzt. Die Technologie der mechanischen Mikrostrukturierung wurde Ende der 80er Jahre am damaligen Institut für Kernverfahrenstechnik des Kernforschungszentrums Karlsruhe erstmals genutzt, um mikrostrukturierte Wärmeübertrager und Reaktoren herzustellen (Schubert et al., DE 37 09 278 A1, 1988). Die Entwicklung von Mikrostrukturapparaten für die Verfahrenstechnik wurde während der 90er Jahre konsequent weiter vorangetrieben und führte schließlich im Jahr 2001 zur Gründung des IMVT als eigenständiges Institut.

 

Zurzeit arbeiten am IMVT über 60 Personen aus 6 verschiedenen Ländern.

 

 

WAS IST MIKROVERFAHRENSTECHNIK                                            VORTEILE DER MIKROVERFAHRENSTECHNIK

 

 

Forschungsschwerpunkt - Power-to-Molecules (PtM)

Die Zukunft der Energieversorgung liegt zunehmend in der Verwendung von Strom als Primärenergie, da die zugehörigen Energiequellen CO2-emissionsfrei und erneuerbar funktionieren. Dies stellt unseren traditionellen Energiehaushalt vor nie dagewesene Herausforderungen:

 

  • Die Gewährleistung unserer Stromnetzstabilität mit deutlich weniger rotierender Massen im System

  • Die Überbrückung von Dunkelflauten

  • Die Speicherung und den Transport von lokalen Überproduktionen unter Berücksichtigung von zunehmender Dezentralität

  • Die Gewährleistung von Übergangstechnologien zur erfolgreichen Realisierung der Energiewende

  • Eine flexible, intelligente und dynamische Regelung der Informations- und Stoffströme

  • Sektorkopplung unterschiedlicher Erzeuger und Verbraucher

 

Wir befinden uns an einem Punkt, an welchem wir mit vorhandenen Technologien diese großen Herausforderungen angehen können. Der nächste Schritt ist die Kopplung der vorhandenen Expertise und Komponenten, welche zum Gelingen der Energiewende benötigt werden.

 

Dieses Problem wurde erkannt und wird aktuell mit vielen starken Projekten und Förderungen angegangen. Da Dezentralität eine entscheidende Rolle spielen wird, sind lastflexible Ansätze unvermeidlich, welche durch herkömmliche Reaktorkonzepte in den geplanten Szenarien nicht zu erfüllen sind.

 

Durch die ausschlaggebenden Vorteile, welche sich durch die Anwendung von mikrostrukturierten Strukturen ergeben, ist die Nachfrage an jener Technologie in aktuellen Forschungsschwerpunkten deshalb sehr hoch. Die Orientierung der Projektarbeiten innerhalb des Instituts strebt daher verstärkt dem Ansatz "Power-to-Molecules" entgegen. Von der Erzeugung erneuerbarer Kraftstoffe als Langzeit-Energiespeicher (Fischer-Tropsch-Produkte, DME, Methanol) über Mikroseparationstechnik und Zwischenspeichermöglichkeiten wie LOHCs werden hier lösungsbezogene Anwendungen entwickelt, getestet und verbessert. Dies geschieht stets in Kooperation mit starken Partnern.

 

Unser Forschungsgebiet erstreckt sich dabei von der Herstellung und Erprobung hochaktiver Katalysatorkonzepte über die chemischen Reaktionen und Synthesen selbst bis hin zur Reaktorkonzeption und -fertigung, der Erforschung von Downstream-Separationstechniken und neuartigen Analysekonzepten.

 

 

Mehr über unser breites Portfolio an Foschungsthemen und Technologien erfahren Sie hier

 

 

 

Energy Lab 2.0

In Deutschland soll mit der Energiewende die Energieversorgung klima- und  umweltverträglicher gestaltet werden. Neben dem Ausbau der erneuerbaren Energien muss die Energieversorgung aber bezahlbar und verlässlich bleiben. Wind- und Sonnenenergie liefern nicht zu jeder Tages- und Jahreszeit konstanten Strom und oft auch nicht an dem Ort an dem er benötigt wird. Dieses Ungleichgewicht zwischen der Erzeugung und dem Verbrauch erneuerbarer Energien verlangt nach neuen Konzepten für deren Transport, Verteilung, Speicherung und Nutzung. 

 

Diese Konzepte werden von den Helmholtz-Zentren Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Deutsches  Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) und Forschungszentrum Jülich (FZJ) in einer neuen großskaligen Forschungsinfrastruktur untersucht – Das Energy Lab 2.0.

 

Mit dem Energy Lab 2.0 als Forschungsinfrastruktur und Reallabor wird von den Partnern das Zusammenspiel der Komponenten von verknüpften Energienetzen der Zukunft untersucht. Dabei wird die intelligenten Verknüpfung von elektrischem Strom mit unterschiedlichsten Speichern und dem Verbraucher, der last- und brennstoffflexiblen Stromerzeugung sowie dem dazu benötigten sicheren Informations- und Datennetz und neuer Netzhardware und -topologien sowie Methoden zur Netzstabilisierung und Regelstrategien erprobt und entwickelt.

 

Das Energy Lab 2.0 stellt eine intelligente Plattform zur Erforschung künftiger Energiesysteme dar. Hierzu werden ein Simulations- und Kontrollzentrum sowie ein energietechnischer Anlagenverbund am KIT, ein Elektrolyseanlage am FZJ und eine Power-to-Heat-Testanlage am DLR in Stuttgart errichtet. Der Anlagenverbund verknüpft Komponenten zur Strom-, Wärme- und Synthesegaserzeugung mit verschiedenen Energiespeichertechnologien und Verbrauchern. Dazu werden vorhandene Versuchseinrichtungen am KIT in das Energy Lab 2.0 integriert. Als neue Infrastrukturen werden elektrische, elektrochemische und chemische Speicher sowie eine Gasturbine aufgebaut. Alle Komponenten werden über IKT zu einem intelligenten Gesamtsystem verknüpft. Langfristig lassen sich externe Versuchsanlagen und – in Kooperationen mit der Industrie – auch externe Komponenten wie Windparks,  geothermieanlagen, konventionelle Kraftwerke und industrielle Verbraucher in das Energy Lab 2.0 einbinden.
 

Das Energy Lab 2.0 wird gefördert vom Land Baden-Württemberg sowie den Bundesministerien für Bildung und Forschung (BMBF) und für Wirtschaft und Energie (BMWi).

 

Website

 

Projektpartner:

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Gefördert durch:

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Kopernikus - Power-to-X

 

Wie können wir erneuerbaren Strom speichern?

Der stetig steigende Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung führt bereits jetzt dazu, dass in Zeiten, in denen viel Wind weht und die Sonne stark scheint, große Mengen an elektrischem Strom produziert werden. In wenigen Jahren wird an windreichen Sommertagen zur Tagesmitte der gesamte Strombedarf Deutschlands durch Wind- und Photovoltaik-Strom gedeckt. Vor allem aber wird an solchen Tagen mit zunehmendem Ausbau der erneuerbaren Energien mehr Strom erzeugt, als gerade benötigt wird. Da es bisher noch zu wenig Möglichkeiten gibt, den Strom zu speichern und sich diese Situation aus heutiger Sicht auch nicht schnell genug ändert, wird man andere Wege gehen müssen.

Je flexibler die Nutzung funktioniert, desto effizienter wird das gesamte Energiesystem. Nur so kann eine sichere, bezahlbare und umweltverträgliche Versorgung auch in Zukunft gewährleistet werden.

Welche möglichen Lösungen gibt es?

Mögliche Strategien für die flexiblere Nutzung von Strom aus volatilen erneuerbaren Energien sind z. B.:

  • gasförmige Substanzen wie Wasserstoff oder Methan (Power-to-Gas)
  • flüssige Substanzen wie Kraftstoffe (Power-to-Liquid) für die Mobilität
  • Basischemikalien für die chemische Industrie (Power-to-Chemicals)

Die hier vorgeschlagenen Power-to-X-Wege stellen mehrere Möglichkeiten dar, deren ökonomisch sinnvolle Einsetzbarkeit aber erst entwickelt und nachgewiesen werden muss. Daneben ist der Ansatz Power-to-X von herausragender Bedeutung, um die erneuerbaren Energien Wind und Sonne auch in den Sektoren Mobilität und Wärme einsetzen zu können, die zusammen etwa 80 Prozent des Energieverbrauchs im Vergleich zu lediglich 20 Prozent des Stromsektors ausmachen.

Zentrale Forschungsthemen sind:

  • Mittel- und großskalige Elektrolysesysteme zur Herstellung von Wasserstoff aus überschüssigem Wind- und Solarstrom, Erforschung von Materialien für Hochdruck- und Hochtemperaturelektrolyse, Demonstrationsprojekte und Optimierung hinsichtlich Flexibilität, Effizienz, Laufzeiten und Kosten, Reduzierung des Edelmetalleinsatzes; Erprobung unter realen Einsatzbedingungen, wie sie im Betrieb mit großen Mengen an erneuerbarem Strom zu erwarten sind
  • Erprobung verschiedener Prozessrouten für Power-to-Liquid und Power-to-Chemicals (z. B. Methanol, Fischer-Tropsch-Fuels, Alkohole höherer Ordnung), Entwicklung von Prozessdesigns, Pilot- und Demonstrationsprojekte und Vergleich alternativer Umwandlungspfade anhand von CO2-Fußabdruck und Kosten, Bewertung der systemischen Gesichtspunkte einschließlich umfassender Kosten- und Nutzenanalysen

Kopernikus-Projekt „Power-to-X“: Flexible Nutzung erneuerbarer Ressourcen 

Power-to-X“ bezeichnet Technologien, die Strom aus erneuerbaren Quellen in stoffliche Energiespeicher, Energieträger und energieintensive Chemieprodukte umwandeln. Damit kann Energie aus erneuerbaren Quellen in Form von maßgeschneiderten Kraftstoffen für Kraftfahrzeuge oder in verbesserten Kunststoffen und Chemieprodukten mit hoher Wertschöpfung genutzt werden. Im Rahmen des Kopernikus-Programms wird nun für dieses komplexe Themenfeld mit dem ausgewählten Projekt „Power-to-X“ (P2X) eine nationale Forschungsplattform aufgebaut.

Was ist das Ziel des Kopernikus-Projekts?

Mit „Power-to-X“-Technologien wird zunächst Strom aus erneuerbaren Quellen elektrochemisch umgewandelt in stoffliche Ressourcen wie Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid und Synthesegas. Diese stofflichen Ressourcen müssen anschließend effizient gespeichert und verteilt und in die Endprodukte umgewandelt werden. Dafür bedarf es innovativer Lösungen, die im Projekt zu ökologisch, ökonomisch und gesellschaftlich vorteilhaften Prozessen entwickelt werden sollen. Damit trägt „Power-to-X“ zum Ziel der Dekarbonisierung der Energiesysteme bei, das die Bundesregierung mit der Energiewende anstrebt, und verringert gleichzeitig den Anteil fossiler Rohstoffe in den wichtigen Leitmärkten Transport und Verkehr sowie Chemie.

Was macht das Konsortium so attraktiv?

Insgesamt sind 18 Forschungseinrichtungen, 27 Industrieunternehmen sowie drei zivilgesellschaftliche Organisationen an dem Projekt „P2X“ beteiligt. Innerhalb von zehn Jahren sollen neue technologische Entwicklungen bis zur industriellen Reife gebracht werden. In der ersten Förderphase stehen Forschungsarbeiten zur kompletten Wertschöpfungskette von elektrischer Energie bis zu stofflichen Energieträgern und Produkten im Fokus. Dabei werden auch bereits bestehende Großprojekte und vorhandene Infrastrukturen einbezogen und Schnittstellen zur Industrie ausgebaut. Zusätzlich zur Förderung durch das BMBF bringen die Industriepartner in „P2X“ Forschungsleistungen im Umfang von weiteren 8,3 Millionen Euro ein. Die RWTH Aachen und das Forschungszentrum Jülich arbeiten im Rahmen der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) in der Sektion JARA Energy bereits intensiv auf diesem Gebiet zusammen. Gemeinsam mit der DECHEMA (Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie) koordinieren sie das Projekt.

Beitrag zum Energiesystem

Das Vorhaben liefert die großtechnischen Voraussetzungen für die stoffliche Speicherung von mehr als 90 Prozent der erneuerbaren Energien, die in Zukunft zur Verfügung stehen werden, auch wenn sie gerade nicht benötigt werden. Dadurch schafft das Projekt Verfahren um chemische Grundstoffe, gasförmige Energieträger und Kraftstoffe mit Hilfe dieses Stroms aus erneuerbaren Quellen zu erzeugen. Neben der Entlastung der Versorgungsnetze stehen so nachhaltige Prozesse zur Herstellung von stofflichen Ressourcen zur Verfügung, die einen großen Teil der fossilen Rohstoffe ersetzen können. Durch die Verwendung von CO2 aus Abgasen als Ausgangsstoff und Strom aus Erneuerbaren sind diese stofflichen Ressourcen vollständig klimaneutral.

 

Website zum Projekt