Das Projekt "Entwicklung einer Mehrschichtanode fuer die SOFC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Karlsruhe (TH), Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik durchgeführt. Hochtemperaturbrennstoffzellen mit keramischem Festelektrolyt (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer Umweltvertraeglichkeit eine zukunftsweisende Alternative gegenueber konventioneller Energieerzeugung. Die Leistungsfaehigkeit und Lebensdauer der Einzelzellen sind dabei entscheidende Kriterien fuer die wirtschaftliche Nutzung von Brennstoffzellen. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass es bei Langzeitbetrieb zu irreversiblen Veraenderungen in der Mikrostruktur der Anode kommt, die zu einer Senkung der Leistungsfaehigkeit fuehren. Je nach Belastung der Einzelzellen treten unterschiedliche Degradationsmechanismen auf. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Anode, die aus mehreren Funktionsschichten besteht, um so die noetige Leistungsfaehigkeit und Langzeitstabilitaet zu liefern. Es soll ein Gradient in der Korngroesse, dem Nickelanteil und somit der Porositaet und der elektrischen Leitfaehigkeit erreicht werden, da die einzelnen Bereiche der Anodenstruktur unterschiedlichen Anforderungen genuegen muessen. So sind an der Grenzschicht Elektrolyt/Anode kleine Koerner erwuenscht, um eine moeglichst grosse Reaktionsflaeche zu erhalten. Wohingegen an der Grenzflaeche Anode/Interkonnektor ein hoher Anteil an grossen Nickelkoernern erforderlich ist, um einen guten elektrischen Kontakt und hohe Porositaet zu gewaehrleisten. Die optimale Zusammensetzung und Mikrostruktur der einzelnen Funktionsschichten soll durch systematische Belastungstests (elektrisch, chemisch, thermomechanisch) an verschiedenen homogenen Modellstrukturen, das sind Cermetproben aus Nickel- und YSZ-Teilchen mit definierter, homogener Zusammensetzung und Mikrostruktur, und durch die elektrochemische Charakterisierung von Einzelzellen mit entsprechenden homogenen Anodenstrukturen ermittelt werden. Vor und nach Durchfuehrung der Belastungstests ist eine umfassende Analyse der Zusammensetzung und Mikrostruktur der Modell- und Anodenstrukturen mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM, EDX, WDX) vorgesehen. Anhand der gewonnenen Ergebnisse soll ein Modell fuer die verschiedenen Verlust- und Degradationsmechanismen in der Anode entwickelt werden.
Das Projekt "Zukuenftige Einsatzmoeglichkeiten der Hochtemperaturbrennstoffzelle im Energieversorgungssystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich, Institut für Energieforschung, Systemforschung und Technologische Entwicklung (IEF-STE) GmbH durchgeführt. Ziel ist es, die zukuenftigen Einsatzmoeglichkeiten und Einsatzgebiete der Hochtemperaturbrennstoffzelle im Energieversorgungssystem der Bundesrepublik Deutschland sowie ihren Beitrag zu effizienten, ressourcen- und umweltschonenden Energieversorgung zu beschreiben.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Technologies (IET), Elektrochemische Verfahrenstechnik durchgeführt. In den kommenden Jahren wird sich die Nutzung von effizienten, dezentralen mikroKWK-Systemen zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäudesektor deutlich erhöhen. Wichtig ist, dass die bereits jetzt am Markt erhältlichen Brennstoffzellensysteme, die auf den Betrieb mit Erdgas ausgelegt wurden, auch in Zukunft, das heißt bei der angestrebten Erhöhung des H2-Anteils im Gasverteilnetz oder bei Umstellung auf 100 % H2 genutzt werden können. Damit wird für mögliche Kunden und Investoren die Planungssicherheit für den Betrieb solcher Systeme verbessert. Gleichzeitig sind Wasserstoff und andere regenerative Gase hochwertige Energieträger und müssen besonders effizient genutzt werden. Daher soll der Wasserstoffeinsatz im Zusammenspiel mit der heterogenen Gebäudestruktur und dem energetischen Gebäudezustand für eine optimale Sanierungsstrategie unter Betrachtung der Anlagendimensionierung und Wasserstoffanteile analysiert werden. Auf der verfahrenstechnischen Seite ergibt sich daraus für die Brenngaserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, der die Systeme durch Anpassung der eingesetzten Komponenten und einen neu zu entwickelnden Regelungsansatz gerecht werden müssen. Dazu sollen in diesem Projekt die Grundlagen geklärt und innovative Herangehensweisen entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten im Hinblick auf die Ertüchtigung der Brennstoffflexibilität bei der Reformierung in Kombination mit einer sehr fortschrittlichen Steuerungs- und Regelungstechnik adressieren TRL 3-5. Wichtige Bausteine des Projekts bestehen aus der Analyse relevanter Anwendungsfälle und Versorgungszentren, Entwicklung von Brenngaserzeugungskomponenten bei variabler Gaskomposition sowie von Betriebs- und Regelungskonzepten, Bestimmung der Gaszusammensetzung und den Systemtests im Verbund.
Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme durchgeführt. In den kommenden Jahren wird sich die Nutzung von effizienten, dezentralen mikroKWK-Systemen zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäudesektor deutlich erhöhen. Wichtig ist, dass die bereits jetzt am Markt erhältlichen Brennstoffzellensysteme, die auf den Betrieb mit Erdgas ausgelegt wurden, auch in Zukunft, das heißt bei der angestrebten Erhöhung des H2-Anteils im Gasverteilnetz oder bei Umstellung auf 100 % H2 genutzt werden können. Damit wird für mögliche Kunden und Investoren die Planungssicherheit für den Betrieb solcher Systeme verbessert. Gleichzeitig sind Wasserstoff und andere regenerative Gase hochwertige Energieträger und müssen besonders effizient genutzt werden. Daher soll der Wasserstoffeinsatz im Zusammenspiel mit der heterogenen Gebäudestruktur und dem energetischen Gebäudezustand für eine optimale Sanierungsstrategie unter Betrachtung der Anlagendimensionierung und Wasserstoffanteile analysiert werden. Auf der verfahrenstechnischen Seite ergibt sich daraus für die Brenngaserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, der die Systeme durch Anpassung der eingesetzten Komponenten und einen neu zu entwickelnden Regelungsansatz gerecht werden müssen. Dazu sollen in diesem Projekt die Grundlagen geklärt und innovative Herangehensweisen entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten im Hinblick auf die Ertüchtigung der Brennstoffflexibilität bei der Reformierung in Kombination mit einer sehr fortschrittlichen Steuerungs- und Regelungstechnik adressieren TRL 3-5. Wichtige Bausteine des Projekts bestehen aus der Analyse relevanter Anwendungsfälle und Versorgungszentren, Entwicklung von Brenngaserzeugungskomponenten bei variabler Gaskomposition sowie von Betriebs- und Regelungskonzepten, Bestimmung der Gaszusammensetzung und den Systemtests im Verbund.
Das Projekt "Teilvorhaben: Elektroden- und Stackentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Um in Zukunft Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziertes und neutrales Wohnen zu ermöglichen, werden Brennstoffzellen-Systeme für stationäre Anwendungen zur Hausenergieversorgung entwickelt. Ziel ist ein Funktionsmuster eines stationären Brennstoffzellen-Heizungssystems für Haushalte mit Methanol als Energieträger. Dafür entwickelt ein Konsortium aus deutschen klein- und mittelständischen Unternehmen sowie einer Forschungseinrichtung gemeinsam eine neuartige Konzeption der Versorgung von Haushalten mit Wärme und Strom durch den Betrieb von Brennstoffzellen unter Nutzung des Energieträgers Methanol anstelle von Erdgas. Die robuste Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Heizung wird auf die bestehende Heizsystem Infrastruktur aufbauen. Das Projekt beinhaltet: - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Membran-Elektroden-Einheiten - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Bipolarplatten - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Stack mit kommerziellen Membran-Elektroden-Einheiten - Funktionsmuster Methanol-Reformer - Funktionsmuster robustes Brennstoffzellen-System mit 2 kWel Leistung - Funktionsmuster Methanol-Brenner - Entwicklung Steuerung Gesamtanlage Brennstoffzellen-Heizung - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Heizungsanlage mit integriertem Methanol-Brenner, Validierung unter Realbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines robusten Hochtemperatur PEM-Brennstoffzellen- Systems mit neuartigen Membran-Elektroden-Einheiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Riva Power Systems GmbH & Co. KG durchgeführt. Um in Zukunft Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziertes und neutrales Wohnen zu ermöglichen, werden Brennstoffzellen-Systeme für stationäre Anwendungen zur Hausenergieversorgung entwickelt. Ziel ist ein Funktionsmuster eines stationären Brennstoffzellen-Heizungssystems für Haushalte mit Methanol als Energieträger. Dafür entwickelt ein Konsortium aus deutschen klein- und mittelständischen Unternehmen sowie einer Forschungseinrichtung gemeinsam eine neuartige Konzeption der Versorgung von Haushalten mit Wärme und Strom durch den Betrieb von Brennstoffzellen unter Nutzung des Energieträgers Methanol anstelle von Erdgas. Die robuste Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Heizung wird auf die bestehende Heizsystem Infrastruktur aufbauen. Das Projekt beinhaltet: - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Membran-Elektroden-Einheiten - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Bipolarplatten - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Stack mit kommerziellen Membran-Elektroden-Einheiten - Funktionsmuster Methanol-Reformer - Funktionsmuster robustes Brennstoffzellen-System mit 2 kWel Leistung - Funktionsmuster Methanol-Brenner - Entwicklung Steuerung Gesamtanlage Brennstoffzellen-Heizung - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Heizungsanlage mit integriertem Methanol-Brenner, Validierung unter Realbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung einer Methanol-Brennstoffzellen-Heizanlage" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ventury GmbH Energieanlagen durchgeführt. Um in Zukunft Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziertes und neutrales Wohnen zu ermöglichen, werden Brennstoffzellen-Systeme für stationäre Anwendungen zur Hausenergieversorgung entwickelt. Ziel ist ein Funktionsmuster eines stationären Brennstoffzellen-Heizungssystems für Haushalte mit Methanol als Energieträger. Ein in Konsortium aus deutschen klein- und mittelständischen Unternehmen, sowie einer Forschungseinrichtung entwickeln gemeinsam eine neuartige Konzeption der Versorgung von Haushalten mit Wärme und Strom durch den Betrieb von Brennstoffzellen unter Nutzung des Energieträgers Methanol anstelle von Erdgas. Die robuste Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Heizung wird auf die bestehende Heizsystem Infrastruktur aufbauen. Das Projekt beinhaltet: - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Membran-Elektroden-Einheiten - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Bipolarplatten - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Stack mit kommerziellen Membran-Elektroden-Einheiten - Funktionsmuster Methanol-Reformer - Funktionsmuster robustes Brennstoffzellen-System mit 2 kWel Leistung - Funktionsmuster Methanol-Brenner - Entwicklung Steuerung Gesamtanlage Brennstoffzellen-Heizung - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Heizungsanlage mit integriertem Methanol-Brenner - Validierung unter Realbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Gesamtanlage Brennstoffzellen-Heizung mit integriertem Methanol-Brenner" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kroll Energy GmbH durchgeführt. Um in Zukunft Kohlenstoffdioxid (CO2) reduziertes und neutrales Wohnen zu ermöglichen, werden Brennstoffzellen-Systeme für stationäre Anwendungen zur Hausenergieversorgung entwickelt. Ziel ist ein Funktionsmuster eines stationären Brennstoffzellen-Heizungssystems für Haushalte mit Methanol als Energieträger. Ein in Konsortium aus deutschen klein- und mittelständischen Unternehmen, sowie einer Forschungseinrichtung entwickeln gemeinsam eine neuartige Konzeption der Versorgung von Haushalten mit Wärme und Strom durch den Betrieb von Brennstoffzellen unter Nutzung des Energieträgers Methanol anstelle von Erdgas. Die robuste Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Heizung wird auf die bestehende Heizsystem Infrastruktur aufbauen. Das Projekt beinhaltet: - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Membran-Elektroden-Einheiten - Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Bipolarplatten - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Stack mit kommerziellen Membran-Elektroden-Einheiten - Funktionsmuster Methanol-Reformer - Funktionsmuster robustes Brennstoffzellen-System mit 2 kWel Leistung - Funktionsmuster Methanol-Brenner - Entwicklung Steuerung Gesamtanlage Brennstoffzellen-Heizung - Funktionsmuster Brennstoffzellen-Heizungsanlage mit integriertem Methanol-Brenner - Validierung unter Realbedingungen.
Das Projekt "Effiziente Synthese und Rückverstromung von E-Fuels" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Dresden-Klotzsche durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ESYRE ist die Entwicklung einer möglichst effizienten Prozesskette zur Erzeugung synthetischen Diesels aus erneuerbarer Energie sowie dessen Rückverstromung über die Brennstoffzellentechnologie. Fokussiert wird dabei die Anwendung im Schwerlast- und Bahnverkehr. Die effiziente Darstellung des Kraftstoffs erfolgt dabei über einen hochtemperaturelektrolysebasierten Power-to-Liquid-Prozess. Für die Rückverstromung in einem APU-System soll die Hochtemperaturbrennstoffzelle zum Einsatz kommen. Im Rahmen einer techno-ökonomischen Bewertung soll die Prozesskette für das adressierte Anwendungsgebiet bewertet werden.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Elektrodendesign und Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Technologies (IET), Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien durchgeführt. IEK-11 Die in das Projekt eingebrachten Erfahrungen im Bereich der Membranherstellung sollen in diesem Projekt von typischerweise sauren Polymermaterialien und Technologien, wie Wasserstoffbrennstoffzelle und Wasserelektrolyse auf alkalische Materialien und die Technologie CO2 -Elektrolyse übertragen werden. Hierdurch werden bereits frühzeitig Kompetenzen auch für diese zukunftsweisende Technologie am HI ERN aufgebaut und sichern damit eine wissenschaftliche Vorreiterstellung in diesem Forschungsgebiet. IEK-9 Gegenstand der Forschung am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie) des Forschungszentrums Jülich (FZJ) sind grundlagenorientierte Untersuchungen zur elektrochemischen Energiespeicherung und Energiekonversion mit industriellem Anwendungsbezug. Die Forschungsgebiete des IEK-9 umfassen Lithiumionenbatterien, Festkörperelektrolyte, Hochtemperatur-Brennstoffzellen und Ko-Elektrolyse (Power-to-X), sowie insbesondere die Elektrokatalyse von Sauerstoff- und Kohlendioxidreaktionen im Gebiet der Metall-Luftbatterien und CO2-Valorisierung. Die Mitarbeiter des Instituts verfügen über langjährige Erfahrung in Bezug auf die Synthese elektrochemische aktiver Materialien, der Prozessierung von Bauteilen bis zur elektrochemischen Zelle, sowie der elektrochemischen Charakterisierung und Analyse der in diesen Bereichen relevanten Prozesse. Die Forschung an elektrochemischen CO2- Konversionsreaktionen stellt eine der strategischen Hauptaktivitäten für die Arbeiten des IEK-9 und IEK-11 in den kommenden Jahren dar, die sich gegenseitig ergänzt.
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