04 Fakultät Energie-, Verfahrens- und Biotechnik

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    Global potentials and costs of synfuels via Fischer-Tropsch process
    (2023) Buchenberg, Patrick; Addanki, Thushara; Franzmann, David; Winkler, Christoph; Lippkau, Felix; Hamacher, Thomas; Kuhn, Philipp; Heinrichs, Heidi; Blesl, Markus
    This paper presents the potentials and costs of synthetic fuels (synfuels) produced by renewable energy via PEM water electrolysis and the subsequent Fischer-Tropsch process for the years 2020, 2030, 2040, and 2050 in selected countries across the globe. The renewable energy potential was determined by the open-source tool pyGRETA and includes photovoltaic, onshore wind, and biomass. Carbon dioxide is obtained from biomass and the atmosphere by direct air capture. The potentials and costs were determined by aggregating minimal cost energy systems for each location on a state level. Each linear energy system was modelled and optimised by the optimisation framework urbs. The analysis focused on decentralised and off-grid synthetic fuels’ production. The transportation costs were roughly estimated based on the distance to the nearest maritime port for export. The distribution infrastructure was not considered since the already-existing infrastructure for fossil fuels can be easily adopted. The results showed that large amounts of synthetic fuels are available for EUR 110/MWh (USD 203/bbl) mainly in Africa, Central and South America, as well as Australia for 2050. This corresponds to a cost reduction of more than half compared to EUR 250/MWh (USD 461/bbl) in 2020. The synfuels’ potentials follow the photovoltaic potentials because of the corresponding low levelised cost of electricity. Batteries are in particular used for photovoltaic-dominant locations, and transportation costs are low compared to production costs.
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    Energie und Klima: ist eine klimaverträgliche Energieversorgung erreichbar?
    (1991) Voß, Alfred
    Unter den Wissenschaftlern besteht weltweit Übereinstimmung, daß durch menschliche Tätigkeit freigesetzte Spurengase das Klima verändern. Unter diesen Spurengasen nimmt CO2 eine herausragende Rolle ein. Es gilt also, den CO2-Ausstoß zu verringern. Der Autor stellt die durch Energieumwandlungen entstehenden CO2-Emissionen vor und beschreibt mehrere Möglichkeiten einer CO2-Minderung. Hierbei geht er insbesondere auf die CO2-Reduktionsstrategien ein, wie sie für die Bundesrepublik Deutschland im Rahmen der Enquete-Kommission "Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre" erarbeitet wurden.
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    Regenerative Energiequellen im Spannungsfeld zwischen öffentlichen Erwartungen und technisch-ökonomischer Realität
    (1987) Voß, Alfred
    Der Verfasser macht den Versuch, den Stand der Entwicklung, die Entwicklungsperspektiven sowie die noch bestehenden Probleme derjenigen Techniken zur Nutzung regenerativer Energiequellen aufzuzeigen, die für die Bundesrepublik Deutschland von Bedeutung sein könnten. In Anbetracht der niedrigen Energiepreise kann festgestellt werden, daß trotz großer technischer Fortschritte keine der neuen Techniken zur Nutzung regenerativer Energiequellen heute schon wirtschaftlich konkurrenzfähig ist. Allerdings weist der Verfasser darauf hin, daß viele Techniken noch ein erhebliches Entwicklungspotential aufweisen. Die Alternative "Kernenergie oder Sonnenenergie" stellt sich somit heute nicht.
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    Roadmap to neutrality - what foundational questions need answering to determine one’s ideal decarbonisation strategy
    (2022) Buettner, Stefan M.
    Considering increasingly ambitious pledges by countries and various forms of pressure from current international constellations, society, investors, and clients further up the supply chain, the question for companies is not so much whether to take decarbonisation action, but what action and by when. However, determining an ideal mix of measures to apply ‘decarbonisation efficiency’ requires more than knowledge of technically feasible measures and how to combine them to achieve the most economic outcome: In this paper, working in a ‘backcasting’ manner, the author describes seven aspects which heavily influence the composition of an ‘ideal mix’ that executive leadership needs to take a (strategic) position on. Contrary to previous studies, these aspects consider underlying motivations and span across (socio-)economic, technical, regulatory, strategic, corporate culture, and environmental factors and further underline the necessity of clarity of definitions. How these decisions influence the determination of the decarbonisation-efficient ideal mix of measures is further explored by providing concrete examples. Insights into the choices taken by German manufacturers regarding several of these aspects stem from about 850 responses to the ‘Energy Efficiency Index of German Industry’. Knowledge of the status quo, and clarity in definitions, objectives, time frames, and scope are key.
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    Lab-scale investigation of palm shell char as tar reforming catalyst
    (2020) Chen, Yen-Hau; Schmid, Max; Chang, Chia-Chi; Chang, Ching-Yuan; Scheffknecht, Günter
    This research investigated the application of palm shell char as a catalyst for the catalytic steam reforming of tar after the sorption enhanced gasification (SEG) process. The catalytic activities of palm shell char and metal-supported palm shell char were tested in a simulated SEG derived syngas with tar model compounds (i.e., toluene and naphthalene) at a concentration of 10 g m-3 NTP. The results indicated that palm shell char had an experimentally excellent catalytic activity for tar reforming with toluene and naphthalene conversions of 0.8 in a short residence time of 0.17 s at 900 °C. A theoretical residence time to reach the complete naphthalene conversion was 1.2 s at 900 °C for palm shell char, demonstrating a promising activity similar to wood char and straw char, but better than CaO. It was also found that potassium and iron-loaded palm shell chars exhibited much better catalytic activity than palm shell char, while the parallel reaction of gasification of K-loaded palm shell char influenced the conversion with its drastic mass loss. Moreover, contrary to CaO, palm shell char presented relatively low selectivity to benzene, and its spontaneous gasification generated extra syngas. In summary, the present study demonstrated that the low-cost material, palm shell char, can successfully be used as the tar-reforming catalyst after SEG process.
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    Möglichkeiten der CO2-Emissionsminderung in der Elektrizitätsversorgung Baden-Württembergs
    (1992) Fahl, Ulrich; Fischedick, Manfred; Kaltschmitt, Martin; Voß, Alfred
    In den aktuellen energiewirtschaftlichen Diskussionen werden die Möglichkeiten einer Verminderung der CO2-Emissionen insbesondere bei der Stromerzeugung sehr kontrovers diskutiert. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel dieses Beitrags, am Beispiel Baden-Württembergs die Möglichkeiten einer Reduktion der CO2-Emissionen unter Berücksichtigung der energiewirtschaftlichen und -politischen Rahmenbedingungen aufzuzeigen und das Minderungspotential sowie die Minderungskosten der Reduktionsmaßnahmen zu quantifizieren.
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    Energiewirtschaftliche Gesamtsituation
    (1986) Thöne, Eberhard; Voß, Alfred
    Der im Jahr 1983 zu beobachtende Anstieg des Primärenergieverbrauchs der Bundesrepublik Deutschland setzte sich über das Jahr 1984 auch 1985 fort. Die endgültigen Berechnungen des Primärenergieverbrauchs für das Jahr 1984 ergaben schließlich eine Zunahme um 3,1% gegenüber dem Vorjahr. Im Jahr 1985 lag der Anstieg mit 3,2% auf etwa demselben Niveau. In Bezug auf die ressourcenseitige Abhängigkeit der deutschen Energiewirtschaft brachte auch 1985 keine grundlegende Änderungen.
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    Die zukünftige Rolle nuklearer und erneuerbarer Energien
    (1990) Voß, Alfred
    Als neue, globale Herausforderung bei Energieeinsatz und Energieumwandlung ist die drohende Klimaveränderung durch freiwerdendes CO2 anzusehen. Diese Problematik verlangt eine Neubewertung von Energieträgern und Energietechniken. Unter dlesem Aspekt untersucht der Verfasser die zukünftige Rolle nuklearer und erneuerbarer Energiearten, da deren Einsatz kein CO2 entstehen läßt. Seine Untersuchungen, die die generelle CO2-Freisetzung durch Energienutzung und strategische Überlegungen zur Lösung der Energie- und Umweltprobleme sowie die technischen, sicherheitsrelevanten und wirtschaftlichen Besonderheiten von Kernenergie und erneuerbaren Energien umfassen, kommen zu dem Schluß, daß alle Energiearten und Optionen zur Lösung des Klimaproblems benötigt werden.
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    Measuring circularity in cities : a review of the scholarly and grey literature in search of evidence-based, measurable and actionable indicators
    (2023) Kapoor, Kartik; Amydala, Nikhil Sayi; Ambooken, Anubhav; Scheinberg, Anne
    Circularity in cities is key to Earth’s sustainable and resource-efficient future. In contrast to the broad framework of circular economy, circularity is a technical concept associated with avoiding disposal and prolonging the useful life of products and materials, and thereby extracting fewer resources. In search of metrics and indicators to measure the impacts of circular processes in cities in real time, the authors reviewed the literature on the circular economy and circularity, in search of evidence-based circularity indicators suitable for cities to use to benchmark the environmental and climate benefits of six waste prevention cascades. This paper reports on a systematic literature review using the PRISMA protocol to screen, evaluate, and review published and grey literature sources. From more than 15,000 papers screened, after application of criteria, fewer than 25 papers were found that presented evidence-based, measurable, and actionable indicators or indicator sets for benchmarking the performance of circular processes in cities. The authors concluded that the practical commitment to evidence-based tracking of circularity (in cities) is weak. Practical progress towards a circular economy and physical and economic circularity will require stakeholders to strengthen and test the very small number of indicators and indicator sets that are relevant and useful for cities and regions to use for measuring their progress towards becoming more circular, and increase evidence-based monitoring for circularity and the circular economy.
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    CO2-Minderungspotential der Kraft-Wärme-Kopplung : ein Rückblick auf die Arbeiten der Enquete-Kommission
    (1992) Fahl, Ulrich; Pfeifer, Thomas; Voß, Alfred
    Von einem verstärkten Ausbau der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird ein wesentlicher Beitrag zur Bewältigung gegenwärtiger bzw. in naher Zukunft drohender Umwelt- und Klimaprobleme erwartet. Dies äußert sich auch darin, daß die KWK einen der Eckpfeiler des CO2-Minderungsprogramms der Bundesregierung bildet. Wie die folgende Analyse der Arbeiten zur KWK im Rahmen des Studienprogramms der Enquete-Kommission "Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre" des 11. Deutschen Bundestages zeigt, sind aber trotz erheblichen Forschungsaufwandes in diesem Bereich noch sehr viele Fragen offen geblieben. Derartige Lücken könnten geschlossen werden, wenn das Potential der KWK zur CO2-Minderung über die Erzeugungsmöglichkeiten von Fern- und Nahwärme sowie der industriellen Eigenerzeugung zusammen mit den Wärmeanwendungen und -einsparmöglichkeiten ermittelt wird.