Der Umgang mit Nichtlinearitäten und die Frage des Upscaling stellen eine der größten Herausforderungen für technische und umweltrelevante Anwendungen im Gebiet der Strömungs- und Transportphänomene in porösen Medien dar. Eine Vielzahl hierarchischer (räumlicher und zeitlicher) Skalen können in porösen Medien identifiziert werden, die im Allgemeinen mit deren Heterogenitätsstrukturen zusammenhängen. Strömungs- und Transportphänomene können von gekoppelten Mechanismen verursacht oder beeinflusst werden, die von einem nichtlinearen Zusammenspiel von physikalischen, (geo-)chemischen und/oder biologischen Prozessen herrühren. Um Probleme auf diesem Feld sinnvoll angehen zu können, ist eine interdisziplinäre Umgebung unerlässlich. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeichnen sich in den unterschiedlichsten Arbeitsgebieten aus: angewandte Mathematik, Umwelt- und Bauingenieurwesen, Geowissenschaften und Erdölingenieurwissenschaften. Die gemeinsamen niederländisch-deutschen Forschungsprojekte werden an der TU Delft, der TU Eindhoven, der Universität Utrecht und der Universität Stuttgart durchgeführt. Grundlagenforschung, so wie etwa die Anwendung stochastischer Modelle und die Entwicklung effizienter numerischer Methoden, soll mit angewandter Forschung auf Feldern wie der Optimierung von Brennstoffzellen, Sequestrierung von CO2 oder der Vorhersage von Hangrutschungen verbunden werden. Als mögliche weiterführende Themen werden auch Anwendungen in der Papierherstellung oder der Biomechanik angestrebt. Ein zentraler Aspekt des Internationalen Graduiertenkollegs ist ein Lehrprogramm, das die Unterstützung von Lehre und Forschung von jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zum Ziel hat. Dies soll erreicht werden, indem anspruchsvolle Kurse angeboten werden, die typischerweise die Fragestellungen der jungen Wissenschaftler abdecken. Außerdem soll alle vier Wochen via Videokonferenz ein Graduiertenseminar zur Diskussion von Forschungsergebnissen stattfinden. Es soll weiterhin ein Austauschprogramm geben, das Doktorandinnen und Doktoranden erlaubt, sechs bis neun Monate im Partnerland zu verbringen. Das somit entstehende internationale und interdisziplinäre Umfeld wird es Doktorandinnen und Doktoranden ermöglichen, effizient Spitzenforschung auf dem Feld der Nichtlinearitäten und des Upscaling im Untergrund durchzuführen.
Die genaue Kenntnis der Platingehalte von Membranen aus Brennstoffzellen ist für einen Aufbereitungsprozess und vor allem zur genauen Berechnung der Wertschöpfung von großer Bedeutung. Auf Grund der chemischen Zusammensetzung, vor allem durch erhöhte Fluorfrachten, wird die genaue Analytik, aber auch die Aufbereitung, erschwert. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojektes stand deshalb die Prüfung von Probenahme, Probenaufbereitung und Analytik hinsichtlich ihrer Eignung bei der Bestimmung von Platingehalten der Membran- Elektroden Einheiten. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die größten Probleme erwartungsgemäß bei der Probenvorbereitung und -aufbereitung auftreten. Bei der anschließenden vergleichenden Analytik lagen die Messwerte sehr eng beieinander, so dass keinem der Verfahren hier der Vorrang gegeben werden kann. Auf Grund der gewonnenen Erkenntnisse in der Probenaufbereitung konnten abschließend auch einige Vorschläge für einen Aufbereitungsprozess zusammengestellt werden.
Das Konsortium des Verbundprojekts MarrakEsH hat es sich zum Ziel gesetzt, für die Energieversorgung von Privathaushalten, kleineren Unternehmen, kritischen Infrastrukturen (z.B.Kommunikationsanlagen) und/oder mobilen Netzersatzanlagen sowie netzfernen Verbrauchern ein regeneratives, effizientes, autarkiefähiges Konzept zu erforschen und dieses als Demonstrator umzusetzen. Schlüsselelemente sind dafür ein neuartiger, modularer Multi-Port-Umrichter auf der Basis von Gallium-Nitrid-Leistungshalbleitern und dazu passenden Magnetika, die konfigurierbare Firmware für eine Mikrocontroller Unit mit Schaltfrequenzen im Megahertz-Bereich und eine innovative Wasserstofftechnik, bestehend aus einem Metallhydrid-Wasserstoff-Speicher samt dem dafür optimierten Brennstoffzellensystem. In einem Gesamtsystem, das aus mehreren Teilsystemen zur Erzeugung, Umwandlung und Speicherung von Energie besteht, ermöglicht der modulare Multi-Port-Umrichter gegenüber einem konventionellen Ansatz eine deutliche Reduktion der Wandlungsschritte elektrischer Energie und der damit einhergehenden Verluste. Durch den Einsatz des Metallhydrid-Wasserstoff-Speichers kann die Wasserstofftechnik ohne Bedenken auch in Privathaushalten oder besonders gefährdeten Umgebungen sicher verwendet werden. Das optimierte Management der elektrischen und thermischen Energieflüsse im System gewährleistet jederzeit die Verfügbarkeit der notwendigen elektrischen Energie. Zudem erlaubt die systematische Hebelung von Synergien zwischen den Teilsystemen eine effiziente, sinnvolle Nutzung der unvermeidbaren Abwärme. Der modulare Aufbau mit neuesten Bauteiltechnologien erlaubt eine einfache Skalierung und/oder Erweiterung des Systems und dient zudem der Verringerung von Wartungsaufwand, Herstellungskosten und Bauraum. GKN Hydrogen: Aufbau und Erprobung einer Anlage zur regenerativen und autarken Energieversorgung. Erforschung von Potentialen in der prozesstechnischen Optimierung zwischen dem Speicher und der Brennstoffzelle
Um die Ziele des 7. Energieforschungsprogramms effizient und schnell realisieren zu können, sollen im AG Turbo Verbundprojekt Turbomaschinen für Hydrogen-Technologien (TurboHyTec) nachfolgende technologische Fragestellungen untersucht werden: Wasserstoffanwendungen sind von zentraler Bedeutung, sowohl bei der Ausweitung von Energie-Speicherkapazitäten, als auch bei der Rückverstromung (mittels Gasturbine oder Brennstoffzelle). Eine zukünftige Optimierung von Radialverdichter mit Volute zur Luftversorgung von Brennstoffzellen soll mittels aerodynamischer Simulation mit verbesserter Druckverlustbestimmung erfolgen (AP 1.4). Für eine stabile Stromversorgung sind Flexibilisierung im Betrieb von Kraftwerken und damit von deren Turbomaschinen von zentraler Bedeutung. Durch neu entwickelte effiziente SAS- und Thermal-Analysen für Verdichter sollen dann bei zukünftigen Verdichterauslegungen Stabilität und Wirkungsgrad erhöht werden (AP 3.4). Digitalisierung ist von zentraler Bedeutung über den gesamten Produktlebenszyklus einer Turbomaschine. Für weitere Effizienzsteigerungen und Flexibilisierungen im Betrieb sind disziplinübergreifende Auslegungsmethoden und Simulationen Voraussetzung, wie in AP4.3 Auslegungsmethoden zur Scheibenauslegung Turbine, basierend auf probabilistischen Methoden mit dem Einsatz mathematischer Ersatzmodelle und künstlicher Intelligenz (KI), in AP4.6 die Bereitstellung eines validierten Prozesses für skalenauflösende Kaskadensimulationen mit dem Fokus auf der Netz-generierung für diese Simulationen, in AP4.7 die Entwicklung einer Vorgehensweise zur simultanen nichtlineardynamischen Optimierung der Dämpfungswirkung durch die Außendeckbänder und Unterplattformdämpfer von Niederdruckturbinenlaufstufen unter Berücksichtigung von Energietransfer und in AP4.9 die Erstellung eines ergonomischen Gesamtprozesses für probabilistische Bewertungen, beginnend bei der Datenvorbereitung bis zur statistischen Nachbereitung der Ergebnisse.
Umweltbilanz und Ressourceneinsatz bei Elektromobilität und Brennstoffzellen bei Herstellung, Betrieb und Entsorgung, Vergleich mit Verbrennungsmotoren, Stromnetz und Ladeinfrastruktur, Kosten für Treibstoff bzw. Elektrizität, Auswirkung auf regionale Wertschöpfung; Berichterstattung der Landesregierung im Ausschuss für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten
Die mikrobielle Umsetzung von organischem Material zu dem erneuerbaren Energieträger Methan ist eine bewährte und verbreitete Strategie der effektiven Abfallwirtschaft. In einem solchen methanproduzierenden Milieu nutzen elektrisch verbundene Bakterien und Archaeen direkten Interspezies-Elektronentransfer (DIET), als Alternative zum Interspezies-Formiat- und Wasserstofftransfer (IHT). Grundlegende Aspekte der mikrobiellen Ökologie in Bezug auf DIET sind dabei jedoch noch unerforscht, insbesondere der Stellenwert für die Biogasproduktion. Bis jetzt haben sich Studien zum Großteil auf DIET in Ko-Kulturen von wenigen Modellorganismen beschränkt, die für die Abwasserbehandlung in UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) eine Rolle spielen. Wir beabsichtigen weithin anwendbare Erkenntnisse über die Zusammenhänge der syntrophen mikrobiellen Gemeinschaft und dessen Funktion in mesophilen und thermophilen Biogasreaktoren mit Hilfe moderner molekularbiologischer und mikrobiologischer Methoden zu generieren, um letztendlich eine höhere Prozessstabilität und Effizienz zu ermöglichen. Zentrale Ziele sind die Identifizierung neuer Organismen die an DIET beteiligt sind und das Verständnis der zugrundeliegenden genetischen Mechanismen. Der Schwerpunkt wird auf Bioabfall vergärende Anlagen liegen, die sich wesentlich von mesophilen UASB Reaktoren durch Konstruktion, Betriebsweise, Temperatur und Substratzusammensetzung unterscheiden. Wir vermuten, dass DIET ein weit verbreiteter Alternativprozess zum IHT bei der anaeroben Vergärung von Biomasse ist, wobei beide Prozesse wahrscheinlich parallel ablaufen. In dem vorgeschlagenen Projekt wird DIET erstmals in thermophilen aber auch in mesophilen Systemen Gegenstand der Forschung sein. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung neuer Substrate, die von den syntrophen Konsortien während DIET umgesetzt werden können. Hier wird der Fokus auf syntrophe Propionat- und Butyratoxidierer liegen, die für den anaeroben Abbau von organischem Material eine Schlüsselrolle spielen. Mittels Metagenomik wird das Stoffwechselpotential rekonstruiert und Genexpressionsmuster im Zusammenhang mit IHT und DIET werden mittels Transkriptomik untersucht. DIET ist möglicherweise vorteilhaft für die Stabilität des Vergärungsprozesses, da die Produktion von Wasserstoff umgangen wird, welcher schon in geringer Konzentration die Oxidation von kurzkettigen Fettsäuren inhibieren kann. Deshalb planen wir physiologische Vorteile von DIET gegenüber IHT in Anreicherungskulturen zu untersuchen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind essentiell um das Potential der Biogasproduktion im vollen Umfang auszuschöpfen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse auch für andere Forschungsgebiete relevant sein, wo elektrisch verbundene Mikroorganismen eine Rolle spielen, beispielsweise bei der Minimierung von Treibhausgasemission in methanogenen Habitaten oder bei der Nutzung in mikrobiellen Brennstoffzellen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 1980 |
| Kommune | 3 |
| Land | 32 |
| Weitere | 3 |
| Wirtschaft | 4 |
| Wissenschaft | 481 |
| Zivilgesellschaft | 58 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 1966 |
| Text | 18 |
| Umweltprüfung | 2 |
| unbekannt | 3 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 24 |
| Offen | 1965 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 1890 |
| Englisch | 233 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 3 |
| Dokument | 24 |
| Keine | 1253 |
| Webseite | 718 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 765 |
| Lebewesen und Lebensräume | 925 |
| Luft | 938 |
| Mensch und Umwelt | 1989 |
| Wasser | 573 |
| Weitere | 1924 |