Forschungsschwerpunkt Energie

Wir forschen ...

… an wegweisenden Technologien für eine klimafreundliche, verlässliche, ökonomische Energieversorgung.

… an innovativen Konzepten zur Nutzung von Reststoffen hin zu einer geschlossenen Kreislaufwirtschaft.

… an ressourcenschonenden, nachhaltigen Verfahren, um fossile Einsatzstoffe zu ersetzen.

… an der Effizienzsteigerung von Energiewandlungsprozessen.

… an Methoden zur Energieeinsparung bei Gebäuden, Prozessanlagen und Infrastruktursystemen.

… an Methoden, um mit Hilfe von Nanokanälen Restwärme in elektrische Energie umzuwandeln.

Prozesskette von Biomasse zu Biokraftstoff
Prozesskette von Biomasse zu Biokraftstoff
  • Wir wandeln Biomasse in Wertstoffe um und leisten damit einen Beitrag zu mehr Klimaneutralität und Ressourcenschonung.
  • Vom biogenen Reststoff zum Wertstoff: Wie man Kreisläufe schließen kann.

Ziel des CLARA Horizon 2020-Projekts ist die Entwicklung eines Konzepts zur Herstellung von Biokraftstoffen durch „Chemical Looping Gasification“ von biogenen Reststoffen. Durch Spitzenforschung und interdisziplinäre Zusammenarbeit untersucht das CLARA-Konsortium, das sich aus dreizehn internationalen Mitgliedern unter Leitung der TU Darmstadt zusammensetzt, die gesamte Kette von der Biomasse bis zum Kraftstoff. Dadurch wird der Grundstein für das neuartige Vergasungsverfahren Chemical Looping Gasification hin zur Marktreife gesetzt. Es werden Vorteile der Nutzung lokal verfügbarer biogener Reststoffe und der Größenvorteile durch dezentrale Rohstoffvorbehandlungsanlagen und eine zentrale Brennstoffproduktionsanlage im industriellen Maßstab (100 – 300 MW thermische Leistung) kombiniert. Ein schematischer Überblick über die vorgeschlagene Prozesskette von Biomasse zu Biokraftstoff ist in der Abbildung dargestellt. Nach einer detaillierten Untersuchung der einzelnen Prozessschritte durch die Projektpartner wird die gesamte Prozesskette von der vorbehandelten Biomasse bis zum FT-Biokraftstoff (siehe Abbildung oben) durch Pilotversuche in der 1 MW Modular Pilot Plant des Instituts für Energiesystem und Energietechnik der TU Darmstadt demonstriert. Schließlich wird die gesamte Prozesskette im Hinblick auf Risiken, Wirtschaftlichkeit sowie Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaft bewertet.

Schematischer Aufbau der 1 MW Modular Pilotanlage
Schematischer Aufbau der 1 MW Modular Pilotanlage
  • Wir forschen an nicht recycelbaren Abfallströmen als Ausgangsstoffe für Grundstoffe der chemischen Industrie.

Die moderne Wirtschaft basiert zu wesentlichen Teilen noch auf einer Linearwirtschaft, bei der aus importierten fossilen Rohstoffen nicht-recycelbare Produkte erzeugt werden und deren Entsorgung große Mengen am Treibhausgas Kohlendioxid freisetzt. Im Forschungsprojekt VERENA (Vergasungsprozesse mit integrierter Überschussstromeinbindung zur flexiblen Stromerzeugung und Herstellung synthetischer Energieträger aus Reststoffen) will das Forschungskonsortium nicht recycelbare Abfallströme als Ausgangsstoff für Grundstoffe der chemischen Industrie verfügbar machen. Dieser Vorgang ist besser bekannt unter dem Namen Chemisches Recycling. Hierzu beschäftigt sich das Konsortium mit verschiedenen Vergasungsverfahren zur stofflichen und energetischen Nutzung diverser Reststoffe. Auf diese Weise wird der Kohlenstoffkreislauf geschlossen. Neben der TU Darmstadt nehmen 11 weitere Partner aus der Forschung und der Industrie an diesem Projekt teil.

  • Wir forschen an Eisen als Energieträger für eine klimaneutrale Kreislaufwirtschaft und Versorgungssicherheit.
  • Versorgungssicherheit: Wie speichert man erneuerbare Energie in großen Mengen?

Das Projekt Clean Circles unter der Leitung der TU Darmstadt verfolgt den Ansatz, thermische Kraftwerke, die bisher mit Kohle betrieben wurden und zukünftig abgeschaltet werden sollen, für den Betrieb mit Eisenstäuben umzurüsten. Eisen bietet aufgrund seiner hervorragenden physikalisch-chemischen Eigenschaften die Möglichkeit, einen Energie-Stoff-Kreislauf zu etablieren. Bei der Einspeicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen wird Eisenoxid reduziert; örtlich und zeitlich davon getrennt wird das Eisen unter Energiefreisetzung zur Stromerzeugung ohne jegliche CO2-Emissionen oxidiert. So ergibt sich eine klimaneutrale Methode der Stromerzeugung, die zum ausgleichen von Schwankungen bei der Einspeisung von heimischer Wind- und Sonnenenergie dienen kann. Insgesamt sind 5 Forschungspartner beteiligt.

  • Wir optimieren und vernetzen städtische Quartiere und leisten damit einen Betrag zur urbanen Energiewende.

Das Darmstädter Energie-Labor für Technologien in der Anwendung (DELTA) agiert als Schaufenster für die urbane Energiewende zur Demonstration interagierender energieoptimierter Quartiere. Im Reallabor DELTA soll demonstriert werden, dass die technisch nachgewiesenen Potenziale zur Steigerung der Energieeffizienz und -flexibilisierung von urbanen Quartieren wirtschaftlich umsetzbar sind und diese auch gesellschaftlich akzeptiert werden. Hierfür sollen Methoden erprobt und weiterentwickelt werden, um erfolgreiche technische Pilotprojekte in die breite Anwendung zu bringen.

  • Laufzeit: Mai 2021 bis April 2026
  • Fördersumme: 40,1 Mio. Euro (gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK))
  • Ansprechpartner am Fachbereich Maschinenbau: Thomas Kohne (Projektkoordination); (Projektleitung: Prof. Jens Schneider am Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften)
  • Projektwebsite

Die in die Atmosphäre abgegebene Abwärmeenergie ist eine der größten verfügbaren Quellen für saubere, brennstofffreie und kostengünstige Energie.

Obwohl es schon seit langem Technologien zur Umwandlung von Abwärme in elektrische Energie gibt, steht immer noch keine umweltverträgliche und effiziente Technologieplattform für die Nutzung von Abwärme niedriger Qualität zur Verfügung.

Das von der EU im Rahmen von Horizont 2020 finanzierte Forschungsprojekt TRANSLATE zielt darauf ab, eine neue Nanofluidik-Plattformtechnologie zu entwickeln, die auf dem Fluss von Ionen in Nanokanälen basiert, um diese Abwärme effektiv in Strom umzuwandeln.

Die Erschließung dieser weitgehend ungenutzten Energiequelle könnte dazu beitragen, einige der größten wirtschaftlichen und sozialen Herausforderungen unserer Zeit zu bewältigen, darunter den Klimawandel und die Erschöpfung der natürlichen Ressourcen.

Videos zum Forschungsschwerpunkt Energie

Das Erreichen der Klimaneutralität ist eines der wichtigsten Ziele unserer Gesellschaft. Wir arbeiten daran, Abfallstoffe nicht einfach verbrennen zu müssen, sondern diese Abfallstoffe chemisch zu recyceln, um daraus ein Produkt zu generieren; verkürzt auch als Waste-to-Value zu bezeichnen… Mehr dazu im Video!

Die Energiewende ist eines der drängendsten Probleme unserer Zeit. Dabei rückt der Aspekt einer klimaneutralen Umrüstung bestehender Infrastruktur immer mehr in den Fokus. Das Projekt Clean Circles hat das Ziel, bestehende thermische Kohlekraftwerke durch einen Retrofit CO2-frei zu machen… Mehr dazu im Video!

Im Sonderforschungsbereich TRR 150 wird die Interaktion von chemischen Reaktionen mit Transportprozessen (Turbulenz und Diffusion) in Präsenz einer Wand untersucht. Ziel ist es, die Prozesse besser zu verstehen und darauf aufbauend mathematische Modelle zu entwickeln. Diese werden dann in Gesamtmodelle integriert, um anhand von geeigneten systemischen Betrachtungen diese Vorhersagefähigkeit zu demonstrieren… Mehr dazu im Video!

In vielen Prozessen der Energie- und Verfahrenstechnik kommen Gemische aus Gasen und Flüssigkeiten vor. In den Anlagen findet dabei stets eine dynamische Be- und Entnetzung der festen Wände statt, die die Effizienz der Energie- und Stoffwandlungsprozesse maßgeblich beeinflusst. Ziel des SFB 1194 ist es, die Wechselwirkungen zwischen den Be- und Entnetzungsvorgängen und dem Wärme- und Stofftransport grundlegend zu verstehen und auf dieser Basis die Effizienz mehrphasiger Prozesse gezielt zu steigern… Mehr dazu im Video!

Forschungsfeld der TU Darmstadt