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Energiewende

Chemische Speicherung von überschüssigem Strom

Die PTB ist aktiv im Bereich der Metrologie für fluide Energieträger, u.a. im Kontext der chemischen Speicherung von überschüssigem Strom durch Wasserstofferzeugung („Power-to-gas“) und der Biokraftstoffe sowie bspw. bei der Konformitätsbewertung von Gaszählern für H2-Tankstellen und Biogasmessanlagen:

  • Metrologische Begleitung der Wertschöpfungsketten Rohstoff zu fluiden Energieträgern („Biokraftstoffe“) und elektrische Energie zu fluiden Energieträgern („Power-to-gas“, „Power-to-Liquid“) bis zur Verbrennung („Gas-to-Power“, „Liquid-to-Power“).
  • Sicherstellung der Messrichtigkeit bei der Messung des Energieinhaltes von Gasen und Flüssigkeiten für das gesetzliche Messwesen.
  • Sicherstellung der Messrichtigkeit bei der Messung des Volumens von Flüssigkraftstoffen für das gesetzliche Messwesen.
  • Entwicklung von Analysenverfahren für alternative Brenngasgemische.
  • Materialdaten für die Prozessoptimierung bei Herstellung, Verteilung und Verbrauch.
  • Daten zur Optimierung von Verbrennungsprozessen
  • Daten als Beitrag zur Schaffung einer neuen ISO-Norm für die Methanzahl als Kennzahl für verflüssigtes Erdgas (LNG)
  • Mitwirkung im DVGW zur Bestimmung des Abrechnungsbrennwertes bei Einspeisung von H2 in deutsche Gasnetze

Messverfahren:

  • Flüssigkeitsdichte und -viskosität als Transportparameter sowohl zur korrekten Mengenabrechnung als auch zur Prozesskontrolle. Verfahren sind mittlerweile etabliert und werden routinemäßig angewendet.
  • Direkte Bestimmung der Wärmekapazität von flüssigen Wärmeträgern für den Einsatz in Kraftwerken, Solarthermieanlagen, Wärmepumpen, Kälteanlagen mittels Differenzkalorimetrie.
  • Untersuchung von Verbrennungsprozessen von fluiden Energieträgern auf molekularer Ebene (Reaktionskinetik) zur Optimierung der Verbrennungseigenschaften eines Kraftstoffes/Kraftstoffgemisches und Reduktion von Schadstoffemissionen wie NOx, Ruß, Aldehyden.
  • Zertifizierung von Referenzgasgemischen hinsichtlich der Stoffmengenanteile aller Brenngaskomponenten (einschließlich Wasserstoff), des Brennwertes und der Normdichte zur Kalibrierung von Prozessgaschromatographen und anderen Gasbeschaffenheits- und Brennwertmessgeräten im gesetzlichen Messwesen.

Energieeffiziente Beleuchtung

Die PTB ist im Bereich der Charakterisierung energieeffizienter Beleuchtungsquellen aktiv. Beleuchtungsqualität und Energieeinsparung müssen dabei gemeinsam betrachtet werden: 

 

Energieeffiziente Lichtquellen
Beleuchtungsqualität Energieeinsparung
Optimale Anpassung an die jeweiligen Aufgaben (Tageslichtniveau im Arbeitsbereich, Beleuchtung im Freizeitbereich, Altersgerechte Beleuchtung (Schule vs. Seniorenheim)) Effizientere Beleuchtung insbesondere auf Basis von Halbleiter-Lichtquellen
Künstlerische Aspekte (Lichtdesign)Effizientere Displays

Licht unter Sicherheitsaspekten
-    Straßenbeleuchtung (Farbe, Lichtstärkeverteilung, Blendung)
-    Fahrzeugbeleuchtung (Blendung, Lichtstärkeverteilung)

Effizientere Signallichter
Vermeidung von „Lichtverschmutzung“Verbessertes Beleuchtungsmanagement
   Optimierte Lichtlenkung

Hieraus ergibt sich unmittelbar eine hohe Anforderung an die Messtechnik für die Realisierung, Verifizierung und Steuerung von neuen und energieeffizienten Licht- und Strahlungsquellen. Schwerpunkte dieses „Metrologiewandels“ sind:

  • Neue Messtechnik und neue Messverfahren
  • Kamerabasierte (ortsauflösender) Lichtmesstechnik, die zur quantitativen Bestimmung von Lichtverteilungen von der Industrie verwendet wird. Die Rückführung dieser Messtechnik auf die Basiseinheiten ist derzeit aufgrund der komplexen Einflussgrößen noch nicht vollständig gegeben.
  • Rückführung der Nahfeldgoniophotometrie die zur messtechnischen Verifizierung von Lichtstärkeverteilungskörpern (Strahlenkörper) von Lichtquellen benötigt wird. Auch hier ist eine Rückführung auf die Basiseinheiten derzeit aufgrund der komplexen Einflussgrößen noch nicht gegeben.
  • Korrekturen für spektrale Messungen von Array-Spektroradiometern, die zur spektralen Bewertung von Halbleiterlichtquellen unverzichtbar geworden sind.
  • Beschreibung von Korrelationen sowie von Messunsicherheiten datenkomprimierter multidimensionaler Messgrößen, z.B. 5-dimensionale Strahlenkörper mit 1 Mrd. Strahlen.
  • Neue Normative Vorgaben für Lichtquellen und deren Anwendungen sowie für die Metrologie.
  • Die Einhaltung der Normen muss messtechnisch (siehe oben) überprüfte werden können und erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen NMIs (PTB), Industrie und standardisierenden Gremien wie DIN, CEN, CIE, ISO, IEC auf nationaler und internationaler Ebene.
  • Entwicklung neuer Transferstandards für neue LED/OLED basierte Lichtquellen.
  • Maßgebliche Arbeiten wurden und werden hier über EMRP/EMPIR Projekte (z.B.: ENG62 „Metrology for Save and Innovative Lighting“[2013-2017] sowie 15SIB07 „Future photometry based on solid-state lighting products“ [2016-2019]) sowie durch einzelne Forschungsprojekte mit der Industrie finanziert.
  • Messtechnik für sehr hohe Bestrahlungsstärken (→Strahlung zur Härtung/Umwandlung von Materialien, UV-Strahlung zur Wasserentkeimung)