Energy technology development for industrial application : modelling-based development of processes enabling reduced fossil carbon dioxide emissions by advanced digital methods

Abstract

Die vorliegende Arbeit erläutert den Vorschlag einer Methode für die Entwicklung von Energietechnologien unterstützt durch moderne digitale Methoden. Die vorgestellte Methode wurde auf Basis langjähriger Erfahrung im Rahmen verschiedener Forschungs- und Entwicklungsprojekte mit der Zielsetzung der Reduktion fossiler Kohlenstoffdioxid (CO2) Emissionen durch den Einsatz biogener Rohstoffe entwickelt. Die untersuchten Verfahren beinhalteten dabei die Produktion von wasserstoffreichem Gas aus Biomasse, die Produktion von synthetischem Erdgas sowie die Produktion von flüssigen Biokraftstoffen.Die Übersetzung von experimentellen Ergebnissen in den industriellen Maßstab unterstützt durch moderne Software veranschaulicht das Zusammenspiel zwischen Entwicklungszielen, Experimenten, Messungen und modernen IT Systemen. Als Ergebnis der Arbeit kann die Empfehlung der Einführung von„Modelling Readiness Levels“ hervorgehoben werden, um Prozessentwicklung von der Prozessidee bis zur Errichtung einer industriellen Anlage bestmöglich zu begleiten.Die vorgeschlagene Methode stellt eine ausbalancierte Überwachung der Entwicklungsziele über den gesamten Entwicklungsprozess sicher und verfolgt das Ziel der Bereitstellung digitaler Vorzeigemodelle um die Technologieimplementierung bestmöglich vorzubereiten. Der zielgerichtete Einsatz von digitalen Modellen ermöglicht an dieser Stelle die Konservierung und rasche Überführung wissenschaftlicher bzw.experimenteller Ergebnisse in reale industrielle Prozesse.

The present work provides a proposal for a methodology for the development of energy technology supported by advanced digital methods. The proposed methodology was found as a result of the gained experience during many different research and development projects aiming at a reduction of fossilcarbon dioxide (CO2) emissions via the utilization of biogenic raw materials. The investigated processes included the production of a hydrogen-rich gas from biomass, the production of synthetic natural gas aswell as the production of liquid biofuels.The transformation of experimental results into industrial scale supported by modern software tools highlighted important aspects of the interaction between development goals, experimental campaigns,measurements and modern software tools. As a result, the introduction of a methodology based on modelling readiness levels can be name as important measure to accompany process development from the process idea until the erection of an industrial plant.The proposed methodology ensures a well-balance monitoring of set development goals during the entire development process and aims at the generation of digital role models preparing a best possible implementation of novel energy technology. The target-oriented implementation of advanced digital methods could enable an acceleration of the transition of scientific and experimental results into real industrial processes, if the implementation is executed in a smart manner.