Das Projekt "Teilvorhaben: kosteneffizienter Syntheserouten für fluorfreie Monomere und Polymere, Skalierung der MEA-Herstellung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FUMATECH BWT GmbH durchgeführt. Die auf einer Polymer Elektrolyt Membran (PEM) basierende PEM-Elektrolyse ist eine zentrale Technologie für die Herstellung von grünem Wasserstoff. Die PEM basiert dabei üblicherweise auf Perfluorsulfonsäuren (PFSAs), da diese eine hohe Stabilität aufweisen. Neueste Membranmaterialien, die auf Kohlenwasserstoffen (Hydrocarbon, HC) basieren, haben jedoch das Potential, die PFSAs in mehreren Eigenschaften deutlich zu übertreffen. HC Membranen verfügen über signifikant geringere Gaspermeabilität und höhere Stabilität auch bei hohen Temperaturen (T größer als 80 Grad Celsius). Zudem beinhaltet die Synthese von Kohlenwasserstoffmembranen keine Fluorchemie, so dass die Herstellung dieses Membrantyps potentiell wesentlich günstiger und umweltfreundlicher als die Herstellung von PFSAs ist. Um diese Vorteile zu nutzen, sollen im geplanten Vorhaben kostengünstige fluorfreie MEAs für die Wasserelektrolyse entwickelt werden, welche in Lebensdauer den industriellen Anforderungen genügen mit verbesserter Effizienz und geringerem Gasübertritt als PFSA-basierte PEMWEs im Stand-der-Technik. In diesem Teilvorhaben liegt hierbei der Fokus auf der Entwicklung von kostengünstigen und skalierbaren Synthesewegen von Monomeren und Polymeren, der Evaluierung neuer Membran-Rezepturen unter Verwendung von Blendkomponenten und anderer Additive, sowie unter Verwendung von Verstärkungsmaterialien zur Verbesserung der mechanischen und chemischen Stabilität, und der Skalierung ausgewählter Ansätze von Kompositmembranen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung einer Nanofaserverstärkung und elektrochemische Charakterisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Professur für Anwendungsentwicklung durchgeführt. Der Verbund QT 1.2 Fluorfreie MEA zielt auf die Entwicklung von kostengünstigen fluorfreien MEAs für die Wasserelektrolyse, welche in Lebensdauer den industriellen Anforderungen genügen mit verbesserter Effizienz und geringerem Gasübertritt als PFSA-basierte PEMWEs im Stand-der-Technik. Dabei steht die Entwicklung fluorfreier Polymere, Membranen und Membran-Elektroden-Einheiten, sowie die Skalierung der Herstellungsprozesse im Fokus. Durch die Entwicklung einer Nanofaserverstärkung innerhalb dieses Teilvorhabens soll das Potenzial zur Kostensenkung und zur Verlängerung der Lebenszeit der fluorfreien MEAs erweitert werden. In der Brennstoffzelle gilt dieser einfach zu skalierende Ansatz als kostengünstiger im Vergleich zu gängigen Verstärkungskonzepte mittels poröser Substrate. Für Membranen im Bereich Wasserelektrolyse wurde dieser Ansatz allerdings noch wenig untersucht. Mittels Elektrospinning werden Nanofasern aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und in Membranen integriert. Zudem wird das Verbundvorhaben von der Universität Freiburg durch intensive Charakterisierung der Polymere und der Membran-Elektroden-Einheiten innerhalb dieses Teilvorhabens unterstützt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Polymerentwicklung, Membran- und MEA-Herstellung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V., Institut für Mikroanalysesysteme durchgeführt. Der Verbund QT 1.2 Fluorfreie MEA zielt auf die Entwicklung von kostengünstigen fluorfreien MEAs für die Wasserelektrolyse, welche in Lebensdauer den industriellen Anforderungen genügen mit verbesserter Effizienz und geringerem Gasübertritt als PFSA-basierte PEMWEs im Stand-der-Technik. Dabei steht die Entwicklung fluorfreier Polymere, Membranen und Membran-Elektroden-Einheiten, sowie die Skalierung der Herstellungsprozesse im Fokus. Ein zentraler Baustein zur Entwicklung langzeitstabiler Membranen und Membran-Elektroden-Einheiten ist dabei die Polymerentwicklung. In diesem Teilprojekt werden unterschiedliche, skalierbare Ansätze zur Polymerentwicklung gezielt für die Anwendung in der Membran und als Elektroden-Binder untersucht. Dabei werden ausgehend von Ergebnissen aus vorangegangenen Projekten (z.B. PSUMEA-3 (BMBF)) Polymere mit teilweiser Blockstruktur basierend auf sulfoniertem Polyphenylensulfon und vernetzbare Polymere entwickelt. Membranpolymere werden anschließend in Kompositmembranen überführt. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften werden dabei poröse Substrate in die Membran integriert. Aufbauend auf den Entwicklungen zu Elektroden-Binder Polymeren werden effiziente Elektroden entwickelt. Diese Entwicklung wird von bildgebenden Verfahren unterstützt. Aufbauend auf den Entwicklungen von Kompositmembranen und Elektroden werden langzeitstabile und effiziente Membran-Elektroden-Einheiten aufgebaut. In allen Bereichen steht im Projekt dabei die Materialentwicklung und die Prozessentwicklung mittels skalierbarer Methoden im Fokus.
Das Projekt "H2Meer: Neue poröse Separatoren und Anionenaustauscher(blend)membranen für die Meerwasserelektrolyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Technologies (IET), Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien durchgeführt. Das Gesamtziel des Teilprojektes ist die Entwicklung von stabilen Anionenaustauschermembranen (AEMs) bzw. porösen Membranseparatoren, welche eine lange Lebensdauer in der Meerwasserelektrolyse-Anwendung bei hoher Leistung und Selektivität gewährleisten können. Die hohe Lebensdauer ist wichtig, um für die Technologie der Meerwasserelektrolyse und deren Implementierung in eine Offshore-Power-to-Gas (PtG)-Anlage einen wirtschaftlichen Vorteil gegenüber alternativen Verfahren zu erhalten. Dabei sollen die Membranen bzw. Separatoren zum einen gegen elementares Chlor stabil sein, das sich an der Anode bilden könnte, und zum anderen eine möglichst hohe Ionenpermeationsselektivität für OH- Ionen gegenüber Cl- Ionen. Das Wissenschaftliche und/oder technische Arbeitsziel des Teilvorhabens ist die Synthese von für die Meerwasserelektrolyse maßgeschneiderten Anionenaustauschermembranen und porösen Separatoren, die in dieser Anwendung zum Einen niedrigen ionischen Widerstand zeigen und zum Anderen eine lange Lebensdauer aufweisen. Der niedrige ionische Widerstand der Membranen soll erreicht werden durch die Einbringung von hydrophilen Funktionsgruppen bzw. Blendkomponenten in die AEMs bzw. porösen Separatoren, was gleichzeitig zu einer hohen Ionenpermeationsselektivität für OH- Ionen gegenüber Cl- Ionen führt. Eine lange Lebensdauer der AEMs bzw. Separatoren gegen gegebenenfalls an der Anode gebildetes elementares Chlor ist erreichbar durch den Einsatz von teilfluorierten Polymeren als Basismaterialien für die im Projekt zu entwickelnden AEMs und porösen Polymerseparatoren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellprädiktive Regelungsoptimierung von Salzturmreceivern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Energy Solutions SE durchgeführt. Solare Turmkraftwerke mit Salzschmelzereceiver sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgradpotentials und der einfachen und kostengünstigen Speichermöglichkeit die derzeit am meisten am Markt nachgefragte CSP-Technologie. Der Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks stellt aufgrund des fluktuierenden Energieeintrags, der unterschiedlichen thermischen Trägheit der Komponenten und der Komplexität der Anlage eine große Herausforderung für Steuerung und Betriebsführung dar. Insbesondere da versucht wird, die kostenintensiven Komponenten aus Effizienzgründen nahe an ihren Betriebsgrenzen zu betreiben. Rohrreceiver mit Salzschmelze sind derzeit die kommerziell am häufigsten eingesetzte Receivertechnologie. Die Rohre werden mit Temperaturen über 600 Grad Celsius und Strahlungsflussdichten bis über 1000 kW/m2 sehr hoch belastet. Die tägliche zyklische Belastung und die starken Temperaturgradienten während des transienten Betriebs, z.B. bei einem Wolkendurchzug, begrenzen die Lebensdauer der metallischen Receiverbauteile. Da die realen Belastungen messtechnisch normalerweise nicht zugänglich sind, werden aus Sicherheitsgründen enge Grenzen für die erlaubten Betriebsparameter (Strahlungsflussdichte, Salztemperatur, Massenstrom) vorgegeben. Diese Betriebsweise steht im Konflikt mit dem Ziel, die thermische Leistung zu maximieren. Ein Austausch von Komponenten deutlich vor Erreichen der tatsächlichen technischen Lebensdauer hat wirtschaftliche Nachteile. Ein Schadensfall aufgrund von Fehleinschätzung der tatsächlichen Restlebensdauer kann andererseits noch deutlich gravierendere Folgen haben. Zentrales Ziel des Projekts LOBSTeR ist die Entwicklung eines Regelungssystems für Salzschmelzereceiver mit integrierter Lebensdauerüberwachung. Dazu wird ein modell-prädiktives Regelungssystem für das in HPMS-II entwickelte MAN-Salzreceiverkonzept entwickelt. Dieses wird ergänzt um ein Monitoringsystem, das den Lebensdauer-Verbrauch der Receiverkomponenten als Folge der Betriebsweise berechnet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Qualifizierung und Fertigung eines Elektroheizers für den Einsatz in Wärmespeicherkraftwerken mit Flüssigsalz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schniewindt GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Verbundprojekt dient zur Unterstützung und Absicherung für die geplante Wärmespeicherkraftwerk-Demonstration im Rahmen der Reallabor-Projektfamilie 'StoreToPower'. Mit der Anlage soll der erneuerbar erzeugte Strom durch Nutzung von Hochtemperatur-Wärmespeichern regelbar zeitverzögert ins Netz abgegeben werden. Im Verbundprojekt werden elektrische Heizsysteme entwickelt, die für die Erhitzung von Flüssigsalz und Luft bei hohen Temperaturen eingesetzt werden können. Die elektrischen Erhitzer werden im Reallabor unter realistischen Bedingungen erprobt. Auf der Grundlage der Erkenntnisse aus den Versuchsreihen werden technische Verbesserungen erarbeitet, die zu erhöhter Betriebssicherheit und Lebensdauer der Elektroheizer beitragen sollen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Zelldesign, Gesamtzellaufbau und Validierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VARTA Microbattery GmbH durchgeführt. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojekts wird angestrebt, auf Basis der im kürzlich abgeschlossenen BMWi-Projekt mit dem Förderkennzeichen 03ET6084 entwickelten Teilkomponenten einer Lithium-Schwefel-Flow-Batterie einen neuen Gesamtzellaufbau zu realisieren, welcher eine hohe Energiedichte erzielt und die Sicherheit, Energieeffizienz und Zyklenfestigkeit weiter verbessert. Der aufgezeigte Lösungsweg umfasst 1) die Entwicklung einer galvanisch abgeschiedenen, polymergeschützten Lithium-Anode auf einem mikrostrukturierten metallischen Stromsammlersubstrat, 2) die Modifizierung eines Separators (auf Basis des BMWi-Projekts 03ET6084) mit Gel-Elektrolyt-Zusatz und 3) die Entwicklung einer kompositgalvanogeformten Kathode, bestehend aus Verbundpartikeln (schwefelbeladene, hochporöse und katalysatorfunktionalisierte Trägerpartikel auf Basis des BMWi-Projekts 03ET6084), eingebettet in einer Ni-Matrix. Zusammenfassend sollen sich durch das SolidS-Konzept folgende wissenschaftlich-technische Vorteile ergeben, welche gleichermaßen die primären Projektziele darstellen: - Verbesserung der Batteriesicherheit, Erhöhung der Energiedichte und spezifischen Energie der Batterie - reduzierte Grenzflächenwiderstände und erhöhte mechanische Belastbarkeit, Verbesserung der Anoden- und Kathodenkinetik und dadurch Verbesserung der Energieeffizienz - verbesserte Polysulfidrückhaltung und daraus resultierend eine erhöhte Zyklenfestigkeit und Lebensdauer und Verbesserung der Aktivmaterialzugänglichkeit gegenüber einem reinen Festkörperelektrolyten.
Das Projekt "Teilprojekt 3: Lebensstile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Collaborating Centre on Sustainable Consumption and Production gGmbH durchgeführt. Die Potenziale der Sharing Economy sind: weniger besitz-orientierte Konsummuster, Nutzungsdauerverlängerung und -intensivierung von Produkten und Produktionsmitteln sowie kollaborativere Lebens- und Wirtschaftsweisen können enorme Ressourcen- und Emissionsminderungseffekte sowie soziale Nachhaltigkeitseffekte produzieren. Die Ideen der Sharing Economy haben in jüngerer Zeit vor allem durch die zunehmende Digitalisierung einen Aufschwung erlebt - was großen Plattformanbietern wie Uber oder AirBnB ein schnelles Wachstum beschert und eine zunehmend kritische Diskussion über Rebound-Effekte und Sharing als neuen Konsum- und Wachstumstreiber ausgelöst hat. Es zeigt sich, dass erfolgreiches Upscaling aus der Nische in den Mainstream hier auf Kosten nachaltigkeits-orientierter Ziele und Motivationen geschieht. Ziel der Nachwuchsgruppe ist es deshalb, Konzepte der Sharing Economy im Kontext urbaner Transformationsprozesse zu untersuchen und über diese gekoppelte Perspektive als innovativen Zugang zu den Potenzialen der Sharing Economy nachhaltigere Upscaling-Strategien zu entwickeln.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Ökologische Bewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie gGmbH durchgeführt. Die Potenziale der Sharing Economy sind: weniger Besitz-orientierte Konsummuster, Nutzungsdauerverlängerung und -intensivierung von Produkten und Produktionsmitteln sowie kollaborativere Lebens- und Wirtschaftsweisen können enorme Ressourcen- und Emissionsminderungseffekte sowie soziale Nachhaltigkeitseffekte produzieren. Die Ideen der Sharing Economy haben in jüngerer Zeit vor allem durch die zunehmende Digitalisierung einen Aufschwung erlebt - was großen Plattformanbietern wie Uber oder AirBnB ein schnelles Wachstum beschert und eine zunehmend kritische Diskussion über Rebound-Effekte und Sharing als neuen Konsum- und Wachstumstreiber ausgelöst hat. Es zeigt sich, dass erfolgreiches Upscaling aus der Nische in den Mainstream hier auf Kosten nachhaltigkeits-orientierter Ziele und Motivationen geschieht. Ziel der Nachwuchsgruppe ist es deshalb, Konzepte der Sharing Economy im Kontext urbaner Transformationsprozesse zu untersuchen und über diese gekoppelte Perspektive als innovativen Zugang zu den Potenzialen der Sharing Economy nachhaltigere Upscaling-Strategien zu entwickeln. Basierend auf Vorarbeiten des Wuppertal Instituts werden Methoden zur Ermittlung von Ressourcenpotenzialen unterschiedlicher Sharing-Konzepte weiterentwickelt und mit Erhebungen zur Nutzung von Sharing-Angeboten verknüpft. Die konkreten Sharing-Anwendungsfelder werden in enger Abstimmung mit den beiden anderen Teilprojekten und den Praxispartnern identifiziert, so dass die Erkenntnisse zu Geschäftsmodellen und Lebensstilen in eine kombinierte, lebenszyklusweite Analyse einfließen können. Hier werden Umwelteffekte auf verschiedenen Ebenen abgeschätzt, die dann zur ökologischen Bewertung der Ergebnisse der anderen Teilprojekte herangezogen werden.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Geschäftsmodelle und Narrative" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Fachbereich G - Bildungs- und Sozialwissenschaften, Zentrum für Transformationsforschung und Nachhaltigkeit (TransZent) durchgeführt. Die Potenziale der Sharing Economy sind: weniger besitz-orientierte Konsummuster, Nutzungsdauerverlängerung und -intensivierung von Produkten und Produktionsmitteln sowie kollaborativere Lebens- und Wirtschaftsweisen können enorme Ressourcen- und Emissionsminderungseffekte sowie soziale Nachhaltigkeitseffekte produzieren. Die Ideen der Sharing Economy haben in jüngerer Zeit vor allem durch die zunehmende Digitalisierung einen Aufschwung erlebt - was großen Plattformanbietern wie Uber oder AirBnB ein schnelles Wachstum beschert und eine zunehmend kritische Diskussion über Rebound-Effekte und Sharing als neuen Konsum- und Wachstumstreiber ausgelöst hat. Es zeigt sich, dass erfolgreiches Upscaling aus der Nische in den Mainstream hier auf Kosten nachaltigkeits-orientierter Ziele und Motivationen geschieht. Ziel der Nachwuchsgruppe ist es deshalb, Konzepte der Sharing Economy im Kontext urbaner Transformationsprozesse zu untersuchen und über diese gekoppelte Perspektive als innovativen Zugang zu den Potenzialen der Sharing Economy nachhaltigere Upscaling-Strategien zu entwickeln. Mit der Entwicklung des Konzepts der Urban Sharing Society mit entsprechender Theorie- und Methodenintegration leistet die Gruppe einerseits einen wissenschaftlichen Beitrag und bringt im transdisziplinären Prozess im Reallabor Wuppertal neue Impulse für die Praxis ein.
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