Zielsetzung

Das HiPowAR-Projekt verfolgt sechs spezifische Ziele, um eine bahnbrechende Technologie für die direkte Energieumwandlung von NH3-Brennstoff in Strom zu entwickeln und damit eine nachhaltige und kohlenstofffreie Energieerzeugung zu gewährleisten.

Ziel 1: Entwicklung von geeigneten Membranen

Es sollen MIEC-Membranen entwickelt werden, die für die NH3-Verbrennung geeignet sind. Verschiedene MIEC-Materialien werden hinsichtlich O2-Fluss und Stabilität bei hohen Außendrücken und Temperaturen in Atmosphären, die aus Dampf mit N2 bestehen, getestet. Weiterhin soll eine Membrangeometrie mit interner Umlenkung des Feedgasflusses konstruiert werden, da die verwendeten Rohrmembranen an einem Ende geschlossen sind.

Ziel 2: Kompakte Stromerzeugung

Es wird ein Versuchsstand für die interne Druckverbrennung von NH3 mit Stromerzeugung entworfen, installiert und experimentell charakterisiert. Der Membranreaktor wird für die Verbrennung von flüssigem NH3 bei einem Druck von mindestens 50 bar eingestellt. Die Stromerzeugung wird für verschiedene Arten und Mengen von MIEC-Membranen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen charakterisiert. Kritische technische Details für eine Realisierung von kommerziellen Geräten werden identifiziert.

Ziel 3: Optimierung und Bewertung der NH3-Druckverbrennung ohne Flamme.

Das O2-Flusssimulationsmodell für die verwendeten MIEC-Membranen wird verfeinert und an die experimentellen Daten der flammenlosen NH3-Verbrennung angepasst. Ein Simulationsmodell zur Vorhersage der NH3-Umsetzungsrate, der Leistungsabgabe und der Systemleistung soll entwickelt werden, um das voraussichtliche Potenzial hinsichtlich Leistungsabgabe und wirtschaftlicher Wettbewerbsfähigkeit zu identifizieren.

Ziel 4: Modellierung und Simulation der System-Schlüsselkomponenten und Optimierung der Systemauslegung

Die Analyse wird die optimierte Konfiguration des HiPowAR-Systems im Hinblick auf die Implementierung in Full-Scale-Anlagen entwickeln, wobei der Fokus sowohl auf stationären Anwendungen (MW-Skala) als auch auf mobilen Anwendungen (100 kW-Skala) liegt. Dieses Ziel erfordert die Entwicklung und Anwendung spezifischer Simulationswerkzeuge für alle Anlagenkomponenten zur Lösung der Systemmassen- und Energiebilanzen unter Berücksichtigung der Effizienz- und Kostenoptimierung.

Ziel 5: Bewertung der wirtschaftlichen Machbarkeit und Wettbewerbsfähigkeit

Das Potenzial der HiPowAR-Technologie wird mit Festoxid-Brennstoffzellen und konventionellen Verbrennungsmotoren verglichen. Dazu wird eine Kostenabschätzung für CAPEX und OPEX von HiPowAR-Geräten mit unterschiedlicher Leistungsabgabe durchgeführt.

Ziel 6: Abschätzung der Umweltauswirkungen

Die Umweltauswirkungen des HiPowAR-Prozesses werden anhand von experimentellen Daten und entwickelten Modellen bewertet. Die Risiken, die mit der Verwendung von Ammoniak (entweder rein oder aus Harnstoff) verbunden sind, werden ebenfalls behandelt. Im Vergleich zum konventionellen Weg der nachhaltigen NH3-Erzeugung und -Nutzung in einer SOFC wird eine signifikante Verringerung des Primärenergiebedarfs abgeschätzt, die mit einer geringeren Nutzung von Ressourcen einhergeht. Da HiPowAR eine ultra-nasse Verbrennung1 von Ammoniak zusammen mit langen Verweilzeiten realisiert, wird eine Senkung der NOX-Emissionen bereits ohne SCR-Katalysatoren erwartet.

Ziel 7: Verbreitung und Verwertung der HiPowAR-Ergebnisse

HiPowAR wird sich mit den gewonnenen Erkenntnissen an Stakeholder und die Öffentlichkeit wenden, um das Bewusstsein für erneuerbares Ammoniak als kohlenstofffreien erneuerbaren Brennstoff zu schärfen. Bei seinen Verbreitungsaktivitäten wird HiPowAR die Integration aller Partner und die Einbeziehung von Industrie- und Wissenschaftsnetzwerken wie Hydrogen Europe, dem Netzwerk der Zulieferer der maritimen Industrie (MariCoNet) und anderen voll ausschöpfen.