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    <title language="deu">Optimierung eines Rieselbett-Bioreaktors für die dynamische mikrobielle Biosynthese von Methan mit Archaeen-Mikroorganismen in Power-to-Gas-Anlagen</title>
    <abstract language="deu">Das übergeordnete Ziel des Vorhabens war die Entwicklung neuer technologischer Möglichkeiten für den biologischen Methanisierungsprozess mit Archaeen1 in Power-to-Gas-Anwendungen. Im Gegensatz zur technisch ausgereiften chemisch-katalytischen Methanisierung sind hier noch Potenziale zur Optimierung verfahrenstechnischer und biologischer Prozesse für das Speicherkonzept Power-to-Gas [7] vorhanden. &#13;
Dabei sollte zum einen ein Rieselbett-Bioreaktor optimiert, simuliert und für die Hochskalierung vorbereitet werden. Zum anderen sollte eine Kombination optimal geeigneter Mikroorganismen und Packungsmaterialien selektiert und deren Verhalten und Eignung im Reaktor analysiert werden. Das Verhalten des entwickelten Systems sollte zunächst im Labor- und Technikumsmaßstab und anschließend im Feldtest an einer bestehenden Power-to-Gas-Anlage untersucht werden. Hauptziel während des Feldtests war die Produktion von einspeisefähigem Methan sowie dessen Einspeisung ins Gasnetz. &#13;
Ein Hauptziel des Projektes war es, die Normung und Standardisierung notwendiger Systemparameter und Semantik zur Beschreibung und Einbindung biologischer Methanisierungseinheiten in Power-to-Gas-Anlagen voranzutreiben. Dies sollte zum einen die Vergleichbarkeit der wissenschaftlichen Erkenntnisse verbessern und zum anderen unterstützend bei der Kommerzialisierung der Technologie wirken. Aus dem Projekt heraus wurde so die neue Normungsreihe VDI 4635 Power-to-X beim Verein Deutscher Ingenieure angestoßen.</abstract>
    <identifier type="doi">10.2314/KXP:1815321555</identifier>
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    <licence>Keine Lizenz - Es gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG</licence>
    <author>Martin Thema</author>
    <author>Anja Kaul</author>
    <author>Michael Sterner</author>
    <author>Michael Heberl</author>
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      <value>Biologische Methanisierung</value>
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      <value>Rieselbett-Bioreaktor</value>
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    <collection role="institutes" number="FakEI">Fakultät Elektro- und Informationstechnik</collection>
    <collection role="othforschungsschwerpunkt" number="16312">Energie und Mobilität</collection>
    <collection role="persons" number="sternerfenes">Sterner, Michael (Prof. Dr.) - FENES / Forschungsgruppe Energiespeicher</collection>
    <collection role="institutes" number="">Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) / Forschungsgruppe Energiespeicher</collection>
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    <publishedYear>2021</publishedYear>
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    <creatingCorporation>Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik</creatingCorporation>
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    <title language="eng">The ORBIT-Project: Biological methanation in a trickle-bed reactor - key results and next steps</title>
    <parentTitle language="deu">5th Nuremberg Workshop on Methanation and 2nd Generation, Nürnberg Friedrich-Alexander-Universität, 28.05.2021</parentTitle>
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    <author>Michael Sterner</author>
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    <completedDate>2021-12-15</completedDate>
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    <thesisDateAccepted>2017-10-31</thesisDateAccepted>
    <title language="deu">Power-to-Ammoniak</title>
    <abstract language="deu">Ammoniak ist Grundbaustein für die Herstellung von Düngemitteln und dementsprechend für die Nahrungsmittelindustrie unentbehrlich. Ca. 40-50 % der Weltbevölkerung sind von Nahrungsmitteln abhängig, die mit Hilfe von Ammoniakdüngern hergestellten wurden. Weltweit wurden alleine im Jahr 2015 181 Mt Ammoniak produziert, wodurch die Ammoniakherstellung mit 1,2 % am gesamten Energieverbrauch der Welt beteiligt ist und für 0,93 % der globalen Treibhausgasemissionen zuständig ist.&#13;
Auch in Zeiten der Energiewende ist diese Grundstoffchemikalie unentbehrlich, ist aber auf einem anderen Wege herzustellen. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung verschiedener Möglichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie, wodurch der Einsatz von herkömmlichen Energieträgern wie Erdgas, Kohle und Öl negiert werden kann.&#13;
Ammoniak wird aktuell über das Haber-Bosch-Verfahren aus den Rohstoffen Erdgas, Kohle und Öl gewonnen. Bei diesem Verfahren wird über einen Primär- und Sekundärreformer Wasserstoff und Stickstoff gewonnen. Andere Gasbestandteile werden gefiltert oder umgewandelt, um schädliche Katalysatorgifte (CO, H2S) zu entfernen. Im Reaktor wird an Eisenkatalysatoren aus Wasserstoff und Stickstoff letztendlich Ammoniak hergestellt. Der Energieverbrauch des Haber-Bosch Verfahrens schwankt zwischen 7,8 MWh/t NH3 für eine moderne und sehr effiziente Anlage mit Erdgas und 13,6 MWh/t NH3 für eine alte mit Kohle betriebene Anlage. An Emissionen treten pro hergestellter Tonne Ammoniak je nach Rohstoff 1,6-3,8 t CO2-eq auf.&#13;
Neben der Biomassevergasung gibt es mehrere rein elektrische Ansätze zur Ammoniakherstellung. Die unterschiedlichen elektrochemischen Ansätze zur direkten Ammoniaksynthese, wie der Einsatz von Flüssigsalzelektrolyten oder Feststoffelektrolyten, wurden in Abschnitt 3.2 vorgestellt. Einige dieser Technologien zeigen vielversprechende Ansätze, sind jedoch zum aktuellen Zeitpunkt noch zu weit von einem industriellen Einsatz entfernt.&#13;
Der Einsatz der Wasserelektrolyse in Kombination mit einer Luftzerlegungseinheit ist die derzeit vielversprechendste Methode Ammoniak auf einem strombasierten und dekarbonisierten Wege herzustellen. Bei diesem System wird Wasserstoff im Elektrolyseur und Stickstoff in der Luftzerlegungseinheit hergestellt. Die Ammoniaksynthese findet hierbei in einem Reaktor nach Vorbild des Haber-Bosch-Prozesses statt. Mit diesem System ist ein Energieverbrauch von ca. 10 MWh/t NH3 notwendig. Durch den Einsatz von rein erneuerbar hergestelltem Strom als Energieträger lässt sich mit diesem Technologiezusammenschluss die Ammoniakherstellung komplett Emissionsfrei gestalten. Dadurch können alleine in Deutschland jährlich bis zu 7,8 Mt CO2-eq eingespart werden.&#13;
Eine zukünftige Umstrukturierung der Ammoniakherstellung und der gesamten chemischen Industrie ist unabdingbar. Diese kann aber nur parallel mit einem Ausbau erneuerbarer Energien umgesetzt werden. Mit der Wasserelektrolyse und der Luftzerlegungseinheit sind die technischen Möglichkeiten für diesen Umbau bereits heute gegeben und brauchen nur noch eingesetzt werden.</abstract>
    <abstract language="eng">Ammonia is a fundamental raw material for the production of fertilizer and essential for the food industry. About 40-50 % of the world population depends on food produced with the assistance of ammonia fertilizers. In 2015 181 Mt ammonia was produced worldwide. The ammonia production is responsible for 1,2 % of the global energy consumption and 0,93 % of the global greenhouse gas emissions.&#13;
Even in times of the energy transition this base chemical is essential, although it should be produced on a different way. It is therefore the objective of this work to show different possibilities for an electrified and decarbonised ammonia industry powered by renewable energies. As a result the use of conventional energy carriers like gas, coal and oil will be negotiated.&#13;
Ammonia is produced with the Haber-Bosch process from gas, coal and oil as feedstock. In this process a primary and a secondary reformer is used to produce hydrogen and nitrogen. Other gaseous components are filtered and converted to remove catalyst poisons (CO, H2S). In the reactor iron catalysts are used to produce ammonia out of hydrogen and nitrogen. The energy consumption of the Haber-Bosch process varies between 7,8 MWh/t NH3 for a modern and really efficient gas based plant and 13,6 MWh/t NH3 for an old coal based plant. The production of one ton ammonia causes emissions between 1,6-3,8 t CO2-eq based on the used feedstock.&#13;
Beside biomass gassing there are several electric technologies to produce ammonia. The different electrochemical technologies to synthesize ammonia on a direct way, like solid state electrolysis or molten salt electrolytes, are shown in section 3.2. Some of these technologies show a good potential, but all of them are far off the use in the industry.&#13;
The use of an electrolyser in combination with an air separation unit is the most promising way to produce ammonia on an electrified and decarbonised way. In this system hydrogen is produced in the electrolyser and nitrogen in the air separation unit. The ammonia synthesis works in a reactor based on the Haber-Bosch process. Using this system the production of one ton ammonia has an energy consumption of 10 MWh. With the use of renewable energies in this combination of technologies a greenhouse gas emissions free ammonia production is possible. In Germany alone 7,8 t CO2-eq can be saved.&#13;
A future reorganization of the ammonia industry and the complete chemical industry is indispensable. A parallel expand of renewable energies is necessary to realize this approach. With electrolysers and air separation units the technical possibilities for this reconstruction are already given. All that remains is the implementation of them.</abstract>
    <subTitle language="deu">Möglichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie</subTitle>
    <identifier type="urn">urn:nbn:de:bvb:898-opus4-22167</identifier>
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    <licence>Creative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International</licence>
    <author>Michael Heberl</author>
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      <value>Ammoniaksynthese</value>
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    <thesisPublisher>Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg</thesisPublisher>
    <thesisGrantor>Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg</thesisGrantor>
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