Pyrolysis and PV (Prof. Biollaz, Prof. Kray)

Im Projekt PyCCS-2050 wird die industrielle Skalierung von Pyrogenic Carbon Capture and Storage (PyCCS) bis 2050 erforscht, also die dauerhafte Entfernung von CO₂ aus der Atmosphäre durch Biomasse-Pyrolyse und die nicht-oxidative Nutzung der Produkte Biokohle, Bio-Öl und Pyrolysegas. Ziel ist es, die Kohlenstoffbindungseffizienz zu erhöhen, neue stoffliche Nutzungspfade zu entwickeln, robuste Monitoring-, Reporting- und Verification-(MRV)-Konzepte im Einklang mit künftigen deutschen und EU-Regelungen zu etablieren sowie ökologische und ökonomische Effekte ganzheitlich mittels Lebenszyklusanalysen zu bewerten. Die Hochschule Offenburg (HSO) verantwortet dabei zentrale technologische Entwicklungen im Bereich der Pyrolyse und Gasnutzung: An der bestehenden Anlage wird eine Kondensationseinheit zur Abtrennung und stofflichen Nutzung von Bio-Öl installiert, während das kondensatfreie Pyrolysegas experimentell charakterisiert und energetisch bilanziert wird. Auf dieser Datengrundlage simuliert die HSO Prozessketten zur Nutzung des Pyrolysegases – insbesondere zur Ammoniakproduktion im Haber-Bosch-Verfahren – unter Einbeziehung von Gasaufbereitung und Abwärmenutzung und bewertet diese hinsichtlich Effizienz und Kosten. Darüber hinaus werden innovative Gasreinigungsschritte im Labormaßstab entwickelt und getestet. Damit trägt die HSO entscheidend dazu bei, PyCCS von einer primär energiegetriebenen Anwendung hin zu integrierten, stofflich orientierten und klimawirksamen Nutzungskonzepten weiterzuentwickeln und die technologische Basis für eine nachhaltige industrielle Umsetzung zu schaffen.

Laufzeit
April 2026 – März 2029

Förderung
BMBFTR

Projektpartner
Universität Hamburg

Hochschule Geisenheim

Institut für nichtklassische Chemie (INC)

Ithaka Institut gemeinnützige GmbH

Ziel des Projekt BC-LOOKUP ist die Erstellung einer umfangreichen Datenbank zu Eigenschaften von Pflanzenkohlen aus sekundären, landwirtschaftlichen Biomassen, die auch den Einfluss unterschiedlicher Pyrolysebedingungen und -technologien abbildet. Darauf aufbauend wird ein frei zugängliches online Klimafarming-Tool entwickelt, in dem Landwirt*innen auf Basis grundlegender Daten ihres Betriebes (bewirtschaftete Fläche, Kulturen, Anzahl Tiere) das Potential für die Herstellung von Pflanzenkohle berechnen können und Vorschläge erhalten, durch welche Maßnahmen (z.B. Feldhecken) die hierfür erforderliche Menge Biomasse erzeugt werden kann. Ferner werden die Daten für die Klima- bzw. Erdsystem-Modellierung und Forschung/Politikberatung bereitgestellt, um auf Basis von Biomassepotentialstudien den möglichen Beitrag von Pyrolyse zu nachhaltigem Ressourcenmanagement der Zukunft berechnen zu können.

Laufzeit
September 2023 - August 2029

Förderung
BMEL

Projektpartner

• Ithaka Institut gemeinnützige GmbH

• DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum gemeinnützige GmbH

Im Projekt GreenPracticeH2O engagiert sich die Hochschule Offenburg (HSO) für mehr Ressourceneffizienz und geschlossene Stoffkreisläufe in der Photovoltaikproduktion. Ziel des Verbundprojekts ist es, Wasser, Prozesschemikalien und Energie in der Herstellung von Siliziumsolarzellen nachhaltiger zu nutzen und bislang ungenutzte Nebenströme sinnvoll weiterzuverwerten. Die HSO übernimmt dabei die Weiterverarbeitung aufkonzentrierter Spülwässer aus der PV-Produktion. Zunächst werden geeignete analytische Verfahren zur Bestimmung von KOH-, Carbonat- und Silikat-Gehalten geprüft und validiert. Darauf aufbauend optimiert die HSO die Binderreaktionen durch angepasste Zuschlagmengen von Wasserglas, Calciumaluminat-Zement und Lauge. Ziel ist die Entwicklung nachhaltiger Betonersatzprodukte. Die hergestellten Mischungen werden experimentell für Anwendungen wie Bahnschwellen, wasserabweisende Dachziegel und Carbonbeton getestet. Damit leistet die HSO einen konkreten Beitrag zur Rückführung silikathaltiger Abwässer in den Materialkreislauf und zur Entwicklung klimafreundlicher Baustoffe im Sinne einer nachhaltigen Energie- und Ressourcenwirtschaft.

Laufzeit
März 2025 - Februar 2028

Förderung
BMWK

Projektpartner

• Bifa Umweltinstitut

• Centrotherm Clean Solutions

• Delta-Umwelt-Technik GmbH

• Fraunhofer ISE

• ICB GmbH & Co KG

• Mondas GmbH

• Oxford PV

• RENA Technologies GmbH

• Singulus Technologies AG

• Technische Universität Berlin

• Vallis Solaris

• WinMod GmbH

In PyFlex wird eine detaillierte und ganzheitliche Bewertung der PyCCS-Technologie als Flexibilitätsbereitstellungsmaßnahme im deutschen Strom- und Wärmesystem durchgeführt. Es soll das Potenzial eines flexiblen Einsatzes von Pyrolyseanlagen in einem zukünftigen Energiesystem systemanalytisch quantifizieren und bewerten. Durch die open-source Entwicklung des intersektoralen Energiesystemmodells MyPyPSA-Ger, in dem der Landwirtschaftssektor abgebildet ist, wird zudem die Konkurrenzsituation um eine (flexible) Biomassenutzung evaluiert. Eine modellbasierte, techno-ökonomische Systemevaluation der Flexibilität von Pyrolyseanlagen wird einer betriebswirtschaftlichen Analyse gegenübergestellt, inklusive der Betrachtung von Geschäftsmodellen und der Wirkungen von Änderungen der politisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen. Ergänzt wird die Bewertung durch eine ökologische Analyse.

Laufzeit
April 2024 - März 2027

Förderung
BMWK

Projektpartner
Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW)

In diesem Projekt entwickeln wir die proprietäre N.I.C.E.(tm)-Technologie (New Industrial Cell Encapsulation) von Apollon Solar weiter. Zusammen mit F.U.R. Wickeltechnologie demonstrieren wir die Umstellung von flachen Ribbons auf runde Drähte in der Zellkontaktierung. Dadurch sinkt die Abschattung bei steigender PV-Leistung sowie einer verbesserten Toleranz gegenüber Microcracks. Das Projekt bereitet die Produktionstechnik und Markteinführung vor. An der Hochschule entwickeln wir die Verfahrenstechnik, stellen Labormuster vor und charakterisieren diese.

Fördermittelgeber: BMWi, FKZ ZF4384205 ZG8

Die Ziele der nachhaltigen Entwicklung der UNO und die Klimaziele der EU erfordern, dass alle Wirtschaftssektoren den Verbrauch fossiler Brennstoffe stark reduzieren. Der Agrarsektor hat jedoch das Potenzial, nicht nur stark zu dekarbonisieren, sondern sogar Energie zu produzieren — und das nicht zu Lasten von, sondern parallel zur Nahrungsmittelproduktion.

Die Photovoltaik (PV) ist im Vergleich zu anderen erneuerbaren Energiequellen dramatisch wettbewerbsfähiger geworden und ist heute so wettbewerbsfähig wie die Windkraft. Gegenwärtig werden PV-Parks auf großen Landflächen installiert, was zu einem Verlust von Anbauflächen für Nutzpflanzen führt. Die ideale Lösung bieten kombinierte Agri-Photovoltaik-Systeme (APV) mit doppelter Landnutzung für den Anbau von Feldfrüchten und gleichzeitiger Stromerzeugung.
HyPErFarm vereinigt mehrere Arten von Akteur*innen mit dem Ziel, durch die Einbeziehung neuer innovativer PV-Technologien (PV H2-Produktion, bifaciale PV-Module), radikal neuer Pflanzenproduktionssysteme, Innovationsworkshops für Interessenvertreter und die Akzeptanz durch Bürger*innen und Verbraucher*innen, die Analyse der öffentlichen Wahrnehmung und Studien zur Akzeptanz durch die Landwirt*innen die Marktfähigkeit der Produkte zu testen.

HyPErFarm entwickelt und demonstriert auch neue Wege zur Nutzung und Verteilung der auf dem Bauernhof produzierten Energie mittels Wärmepumpen, E‑Robotern, Wasserstoffproduktion, ‑speicherung und ‑nutzung sowie der elektrischen Pyrolyse von Biomasse-Nebenströmen, die Kohlenstoff speichert und gleichzeitig die Bodenqualität verbessert. Die Wirkung des Projekts besteht darin, dass APV Systeme zur großflächigen Markteinführung weiter entwickelt werden und attraktive neue Geschäftsmodelle für Landwirte zugänglich werden.
HyPErFarm unterstützt somit eine radikale Innovation und trägt zum Aufbau einer künftigen EU-Landwirtschaft mit niedrigem fossilen Kohlenstoffeinsatz und hoher Klimaresilienz bei, die auch lokale Gemeinschaften mit Strom und Wasserstoff versorgen kann. Die 12 Partner*innen von HyPErFarm sind in der Lage, die neuen Anbaumethoden zu übernehmen und weiterzuentwickeln, die erforderlichen neuen Technologien bereitzustellen und neue APV-Geschäftsmodelle zu übernehmen, die eine kontinuierliche Nahrungsmittelproduktion auf den für die Energieerzeugung genutzten Flächen ermöglichen.

Projektseite 
https://hyperfarm.eu

Fördermittelgeber
EU, Horizon 2020

Optimierung des lokalen Stoffstrommanagements zur Entwicklung und Demonstration modularer, replizierbarer Maßnahmen der Emissionsreduktion und der Schaffung naturbasierter Kohlenstoffsenken.

Der Tier-Natur-Erlebnispark Mundenhof ist mit einer Fläche von 38 ha das größte Tiergehege Baden- Württembergs, mit einem hohen Aufkommen an organischen Reststoffen wie Mist, Laub und Grünschnitt. Diese Reststoffe werden bisher zu großen Teilen extern entsorgt, verbunden mit hohem Aufwand und Kosten. Die interne Verwertung dieser organischen Rest- und Abfallstoffe zu Pflanzenkohle, Nährhumus, sowie hochwertiger Pflanzsubstrate könnte einen wichtigen Beitrag zu den Klima- und Umweltschutzanstrengungen sowie betriebswirtschaftlichen Zielen des Mundenhofs liefern.

Im Rahmen des Projekts (insgesamt sechs Projektpartner*innen) werden eine Vielzahl von Modulen zur Emissionsreduktion und der Schaffung von Kohlenstoffsenken erarbeitet. Die Klimawirksamkeit dieser einzelnen Maßnahmen wird quantifiziert und dokumentiert, sodass sie entweder einzeln oder beliebig kombiniert von interessierten Kommunen oder Betrieben repliziert werden können.

Fördermittelgeber
Badenova

• Jannis Grafmüller, Hans-Peter Schmidt, Daniel Kray, Thomas D. Bucheli, Haike Mäurer, Jens Möllmer, Heiko Peisert, Nikolas Hagemann, "Biochar acidification increased sorption and reduced leaching of nitrate", Journal of Environmental Management, Volume 393, 2025, 127224, ISSN 0301-4797, https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.127224. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479725032001)

• M. Domènech Monfort, A. Sandhaas, E. Zozmann, C. Pönisch, D. Kray, N. Hartmann, "Energy system transformations toward zero emissions: A focus on pyrolysis", Energy Conversion and Management: X, Volume 26, 2025, 101052, ISSN 2590-1745, https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2025.101052. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590174525001849)

• Grafmüller, J., Möllmer, J., Muehe, E.M. et al. "Granulation compared to co-application of biochar plus mineral fertilizer and its impacts on crop growth and nutrient leaching". Sci Rep 14, 16555 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-66992-0

• M. Domènech Monfort, A. Sandhaas, E. Zozmann, Ch. Pönisch, D. Kray, N. Hartmann, The Role of Pyrolysis as a Negative Emission Technology in Future Energy Systems. Available at SSRN: https://ssrn.com/abstract=4606539 or http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4606539

• Grafmüller, J.; Schmidt, H.-P.; Kray, D.; Hagemann, N. "Root-Zone Amendments of Biochar-Based Fertilizers: Yield Increases of White Cabbage in Temperate Climate". Horticulturae 2022, 8, 307. https://doi.org/10.3390/horticulturae8040307

• D. Kray et al., "N.I.C.E.-Wire: Next Generation Robust Eco-Friendly Bifacial PV Modules With High Efficiency," in IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 12, no. 1, pp. 38-44, Jan. 2022, doi: 10.1109/JPHOTOV.2021.3124168.

• Christoph Pönisch, Lukas Schanz, Jesus Salazar da Costa Fernandes, Michael Schmidt, Daniel Kray, "Encapsulant-Free Full-Size N.I.C.E. Modules in Outdoor Performance Test: First Year Results and Roadmap towards Higher Efficiency". 40th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (September 2023: Lisbon/Portugal). https://doi.org/10.4229/EUPVSEC2023/3AV.3.32

• P. Leibiger, C. Pönisch, T. Seifert, D. Kray, "Paving the Way for Low Breakage Rates in Industrial Production of N.I.C.E.-Wire Modules", World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (8. : 26-30 September 2022 : Milan, Italy), https://doi.org/10.4229/WCPEC-82022-3DV.1.7

• D. Reinwand, P. Wiechers, D. Kray, "NEW DEVICE FOR ACCURATE Measurement of busbarless Bifacial Solar Cells by Using N.I.C.E.™ Technology“, 37th EU-PVSEC 2020, online.

• Dirk Reinwand, Benedikt King, Joerg Schube, Frédéric Madon, Roland Einhaus, Daniel Kray, "Lab-scale Manufacturing of Medium-sized N.I.C.E.TM Modules with High-efficiency Bifacial Silicon Heterojunction Solar Cells", AIP Conference Proceedings 2156, 020009 (2019); https://doi.org/10.1063/1.5125874

• D. Reinwand, D. Pysch, N. Bay, J. Burschik, H.H. Kuehnlein, F. Madon, R. Einhaus, A. Brand, V. Arya, B. Smith, D. Richter, D. Kray, "All Copper NICE Modules", 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, June 10-15, 2018, Waikoloa, Hawaii, USA

• D. Kray, N. Hagemann, C. Pönisch, Strategien für pflanzenkohlebasierte Düngung -Klassifizierung der Produkte Landwirtschaftliche Dekarbonisierung mit Pflanzenkohle, November 2023, DOI: 10.13140/RG.2.2.14907.39201, Conference: German Biochar Forum 2023, Berlin, Germany

• Harald Bier, Helmut Gerber, Marcel Huber, Hannes Junginger, Daniel Kray, Jörg Lange, Hansjörg Lerchenmüller, Pål Jahre Nilsen, "EBI Whitepaper - Mit Pflanzenkohle basierten Kohlenstoffsenken dem Klimawandel entgegenwirken", www.biochar-industry.com/why