Das Projekt "Teilverbund A: Aufbau Teststand" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmut-Schmidt-Universität, Universität der Bundeswehr Hamburg, Fachgebiet Elektrische Energiesysteme durchgeführt. Der vorliegende Forschungsantrag, entwickelt und eingereicht von der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg, untersucht die Umsetzung einer Notstromversorgung, insbesondere für elektrische Busbetriebshöfe, mittels umschaltbarer Brennstoffzellen- und Elektrolysesysteme (UBES) in Kombination mit Wasserstoffspeichern auf Basis von Metallhydriden (MH). Während Erstere u.a. die Kopplung zwischen Strom- und Gasnetz ermöglichen, können MH-Speicher perspektivisch neben der reinen Speicherleistung auch zur Komprimierung und zur Rückfilterung von Wasserstoff aus dem Gasnetz verwendet werden, wobei das Gasnetz als hochkapazitiver Wasserstoffspeicher dienen kann. Kombiniert mit dem UBES ergibt sich so neben einem nahezu unbegrenzten Energiespeicher für die Notstromversorgung der Elektrobusse ebenfalls die Möglichkeit eines Lastspitzenmanagements durch bedarfsgerechte Umschaltung zwischen den Betriebsmodi Brennstoffzelle (Stromerzeugung) und Elektrolyse (Wasserstofferzeugung). Durch Synergieeffekte zwischen dem UBES und den MH-Speichern, wie beispielsweise der Abwärmenutzung, kann die Effizienz der Technologien weiter gesteigert werden. Zur Umsetzung ist eine Schnittstelle zur Einbindung der Infrastruktur in die Leitwartensysteme der Projektpartner Stromnetz Hamburg GmbH, Gasnetz Hamburg GmbH und Hamburger Hochbahn AG vorgesehen. Das vorliegende Forschungsprojekt erlaubt die Demonstration der Sektorkopplung mit Hilfe einer 'Power-to-Gas'-Anlage (PtG). Speziell durch die Entwicklung eines integrierten Leitwartenkonzeptes und den Anwendungsfall 'Notstromversorgung' kann das Projekt als Blaupause für zukünftige, unter den heutigen Rahmenbedingungen wirtschaftliche Anwendungen der Sektorkopplung mittels Wasserstoff dienen.
Das Projekt "Auslegung und Bau von Erhitzern fuer Stirlingmotoren, die von 'Fix-Fokus'-Paraboloiden in Membranbauweise solar beheizt werden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Strömungsmaschinen durchgeführt. Fuer Stirlingmotoren werden Solarstrahlungsempfaenger (Receiver) ausgelegt, die die Waerme von Paraboloidsegment-Konzentratoren (System 'Fix-Fokus' der Fa. Bomin Solar, Loerrach) erhalten. Sie werden als berohrte Hohlraumreceiver (Vacity Receiver) ausgebildet. Entwickelt werden EDV-Rechenprogramme in Fortran, die die spezifischen Gegebenheiten von Stirlingmaschinen und 'Fix-Fokus'-Spiegeln beruecksichtigen. Zu diesem Bereich wird der Stand der Forschung dokumentiert werden. Die Arbeiten fuehren zu Daten, die die Konstruktion und den Bau von Solarstrahlungsempfaengern fuer Stirlingmotoren ermoeglichen.
Das Projekt "Metallhydride zur energieeffizienten Vorheizung von HT-PEM-Brennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt.
Das Projekt "Energiespeicherung in Systemen mit reversibler Elektrolyse und Brennstoffzelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. General Information: Objectives of the project: The main goal of the proposed project is to prove the feasibility of a reversible electrolyser/fuel cell stack, including a metal hydride hydrogen storage unit. In this system the operation mode of a water electrolyser for hydrogen production and the operation mode of a fuel cell for regeneration of electricity are combined in one electrochemical cell. A metal hydride system stores the electrolytically produced hydrogen until the gas in consumed during the fuel cell mode. Additionally an experimental study on materials for oxygen storage will be performed. Technical approach: The reversible system includes two main devices, the fuel cell stack and the purification/storage unit. They will be developed separately and finally combined to a system, which will undergo the tests. The stack will consist of several polymer electrolyte cells connected in series. The number of cells and the active area of the electrodes are determined by the power required. Before the stack can be designed, a reversible single cell will be developed, including development and testing of the necessary cell materials and membrane/electrode-units. For low power reversible systems, a hydride storage unit is the best choice. But hydrides are damaged by humid gases. Therefore, a compact and high efficient gas drying concept has to be designed and tested. A suitable hydride will be selected and a storage unit will be adapted to the requirements of the reversible system. As an option, the storage of oxygen will be considered within an experimental study. Information on various materials will be collected and evaluated with respect to capacity, dynamic charge/discharge behaviour and cost. The oxygen storage unit must withstand the comparison with a fan for air supply of the oxygen electrode in the fuel cell mode. The improvement in performance of the fuel cell must cover the additional losses (auxiliaries, heat demand for oxygen release) for the oxygen storage system. Expected achievements: The most important technical achievements which will be realised in the course of the project are: - selection of catalysts and materials being suitable for electrolysis and fuel cell operation mode; - manufacturing and test of components and single cells; - design, construction and test of an energy conversion device in the low power range; - design, construction and test of a unit for hydrogen purification (drying); - construction and test of a hydride storage system in laboratory; - combination of the energy converter, the gas purification unit and the hydride tank to the complete, reversible system, realisation of a control system; - test of the reversible system.
Das Projekt "Nickel-Hydrid-Batterie in gasdichter bipolarer Bauweise" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Automobilgesellschaft durchgeführt. Das Vorhaben dient der Untersuchung der wissenschaftlich-technischen Grundlagen einer bipolaren Nickel-Metallhydrid-Batterie. Dieser Batterietyp wird als aussichtsreich fuer die Elektrotraktion angesehen. Die bipolare Anordnung nach Art einer Filterpresse gestattet auf einfache Weise, Systemspannungen von 300 ... 500 V zu realisieren. Anstelle aus Einzelzellen wird die Batterie aus Modulen mit 1 ... 2 kWh Energieinhalt aufgebaut. Als wesentliche Vorteile werden eine kostenguenstige und materialsparende Fertigung, eine einfache Kuehlung und Handhabung angesehen. Zum Gelingen des Vorhabens muessen grundlegende wissenschaftliche und technische Probleme aus dem Bereich der Elektrochemie, der Dichtungstechnik und des Zusammenbaus geloest werden. Das ausgewaehlte System Ni / Metallhydrid ist unter den Akkumulatoren am aussichtsreichsten, da ein Stofftransport zwischen den Subzellen (02, H2 und H20 (g)) reversibel verlaufen sollte.
Das Projekt "Entwicklung eines portablen Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellensystems mit thermisch integriertem Metallhydridspeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH durchgeführt. Die Projektdurchführung begann im April 2007. Zunächst wurde am ZBT ein Konzept für einen flüssigkeitstemperierten HT-PEM Brennstoffzellenstack entwickelt. Als Lösungsansatz wurden in den Stack integrierte Wärmeübertragerplatten gewählt. Es musste sichergestellt sein, dass keine Temperierflüssigkeit den Stack verunreinigen kann. In Zusammenarbeit mit dem Rapid Technology Center (RTC) der Universität Duisburg-Essen, wurde die Möglichkeit von lasergesinterten VA- Wärmeübertragerplatten realisiert. Es konnte gezeigt werden, dass mit Hilfe dieser Wärmeübertragerplatten ein HT-PEMStack in der geforderten Leistungsklasse von 280 Wel erfolgreich über einen Zeitraum von zwei Jahren betrieben werden kann ohne Kontamination der Elektroden durch das Kühlfluid. Der Stack wurde zunächst im Teststand am ZBT vermessen und später im System mit dem Metallhydridspeicher im gekoppelten Betrieb eingesetzt. Am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim/Ruhr (MPI) konnte das Natriumalanat zunächst in kleinen Mengen hergestellt werden. Mit Hilfe des Hochenergiemahlens und der Verwendung von geeigneten Katalysatoren wurde in mehreren Batchansätzen eine ausreichende Menge hergestellt, um eine Charakterisierung vor allem bezüglich der Wärmeleitfähigkeit durchführen zu können. Das Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA) hat ein Speicherkonzept entworfen. Ein erster Speicherprototyp wurde erfolgreich mit 67 g Natriumalanat befüllt. Das Befüllen des Speichers ist eine aufwändige Angelegenheit, die nur unter Inertgas in speziellen Anlagen durchgeführt werden kann, da das Natriumalanat stark hygroskopisch und unter Luftkontakt selbstentzündlich ist. Mit dem ersten Prototyp konnten jedoch praktische Erfahrungen gesammelt werden. Bei der Untersuchung des Speichermaterials lag ein Hauptaugenmerk auf der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit, denn für einen erfolgreichen Betrieb ist es zwingend erforderlich, eine genügend große Wärmemenge zur Desorption des Wasserstoffs in den Stack einkoppeln zu können. Abschließend kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass das Ziel des Vorhabens zum allergrößten Teil erreicht wurde, da die wichtigen Hauptkomponenten des Systems wie der Hochtemperaturmetallhydridspeicher sowie die flüssigkeitstemperierte Hochtemperatur Brennstoffzelle erfolgreich entwickelt worden sind. Für eine vollständige Integration zu einem prototypischen Brennstoffzellensystem müssen jedoch noch weiterführende Entwicklungen durchgeführt werden.
Das Projekt "NESSY - Neue Sorptionssysteme fuer die Klimatisierung von Gebaeuden und Waermeenergiemanagement in der Industrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Kernenergetik und Energiesysteme durchgeführt. The major goal is the development of novel sorption systems for air-conditioning of buildings. These systems shall also be applicable to industrial energy management. By employing cascading sorption systems, coefficients of performance (for air-conditioning) of greater than 1,2 shall be achieved. Individual tasks are: determination of heat and cold demand for buildings; evaluation of existing or to be developed sorption systems; development and use of thermodynamic (entropic, exergetic) analysis; selection and detailed planning of one solid sorption ammonia salt STELF system by Electrolux, one large cascading prototype (ammonia salt and lithium bromide water) by CNRS-IMP and ZAE, and two small prototypes by CNAM (silicagel water) and IKE (metal hydride); investigation of specific materials problems; investigation of specific technological problems (gas burner, heat exchangers, heat pipes); development, construction and test of the prototypes; application of the design methodology and of the results developed/obtained for air-conditioning in buildings to energy management of industrial processes; case study for industrial application.
Das Projekt "Entwicklung von Metallhydriden hoher Speicherkapazitaet" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mercedes-Benz Group AG durchgeführt. Untersuchung der metallurgischen, chemischen und thermo-dynamischen Fragen im Zusammenhang mit der Entwicklung von Metallhydriden hoher Speicherkapazitaet fuer den Einsatz in Kraftfahrzeugen.
Das Projekt "Nanostrukturierte Mg-Hydride für die Wasserstoffspeicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GKSS Forschungszentrum Geesthacht GmbH in der Helmholtz Gemeinschaft, Institut für Werkstoffforschung,Werkstofftechnologie durchgeführt. Im Rahmen einer durch die Bayerische Landesregierung geförderten Kooperation zwischen Hydro-Québec in Montreal, Kanada, als Primärenergieerzeuger, GfE Metalle und Materialien mbH in Nürnberg als Legierungshersteller und GKSS (Gesamtvolumen der deutschen Partner 1,9 Mio DM, Förderquote 30 Prozent ) wurden Wasserstoffspeicher für das emissionsfreie Automobil auf der Basis nanokristalliner Metallhydride entwickelt. Nach dem überaus erfolgreichen Test entsprechender Prototyp-Speichertanks auf Mg-Basis sind die Industriepartner in Verhandlungen mit Shell Hydrogen getreten, um eine neue Firma zur Vermarktung dieser Tanks zu gründen. Ein entsprechender Lizenzvertrag mit GKSS wurde bereits abgeschlossen, ein weiterer Entwicklungsauftrag an GKSS wurde zugesagt. Die Speicherung von Wasserstoff in Metallhydrid bietet die höchste volumenbezogene Speicherkapazität sowie die größtmögliche Sicherheit. Nachteil dieser Speichermethode war bisher das hohe Gewicht der Metalllegierung. Die Wirtschaftlichkeit dieses Konzepts für mobile Anwendungen ist für Speichergehalte von mehr als 3 Gew. Prozent gewährleistet, die sich nur mit Hilfe von Leichtmetalllegierungen erzielen lässt. Allerdings waren die Arbeits- temperaturen (z.B. 300 Grad C für Mg) bislang zu hoch sowie die Be- und Entladereaktionen für einen technischen Einsatz mit mehreren Stunden zu träge. Durch die Entwicklung von nano-kristallinen Legierungen mit Hilfe des Hochenergiemahlens wurde ein Durchbruch hinsichtlich der Wasserstoffaufnahme- und -abgabekinetik erzielt. Der hohe Anteil an Kristallitgrenzflächen ermöglicht die schnelle Diffusion von Wasserstoff im Material. Gleichzeitig wird die Keimbildungsrate der Hydridphase durch die Vielzahl heterogener Keimbildungsplätze deutlich erhöht und so auch die Wachstumsphase deutlich verkürzt. Weiterhin sorgen neue kostengünstige Katalysatorzusätze auf Metalloxid-Basis, die bei GKSS entwickelt und zum Patent angemeldet wurden, für eine schnelle Umwandlung zwischen molekularem und atomarem Wasserstoff an der Metalloberfläche. Damit sind die Be- und Entladung des Wasserstoffspeichers nun innerhalb weniger Minuten möglich, wodurch Leichtmetallhydride auch für den technischen Einsatz interessant werden. Die grundlegenden Mechanismen der Katalyse sollen im Rahmen eines neu beantragten EU-Netzwerkprojektes geklärt werden. Für die Absenkung der Wasserstoffabgabetemperatur bei Mg-basierten Legierungen wurde nach geeigneten Legierungszusätzen gesucht, um die atomaren Bindungsverhältnisse im Hydrid zu modifizieren. Durch die Modellierung der Thermodynamik nach der CALPHAD- Methode, einer Kernkompetenz der Werkstofftechnologie bei GKSS, lassen sich Bindungsenergien berechnen und damit günstige Legierungselemente vorhersagen. Damit gelang es bereits, die Entladetemperatur für Mg2Ni0,5Cu0,5 auf 230Grad C zu senken. Weitere Untersuchungen zur Absenkung der Einsatztemperatur konzentrieren sich auf Legierungszusätze, die eine stark negative Mischungsenthalpie mit Mg haben.
Das Projekt "Reduktion von CO mit Übergangsmetall-Katalysatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Institut für Anorganische und Angewandte Chemie durchgeführt. Durch zunehmend steigende Preise für Rohöl und gleichzeitig abnehmenden Quellen werden alternative Methoden zur Darstellung von chemischen Grundstoffen zunehmend interessanter. Eine Möglichkeit bildet die Umsetzung von Synthesegas, einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid, zu Alkoholen wie Methanol und zu Kohlenwasserstoffen. Die meisten Verfahren verwenden für die Umsetzung von Synthesegas heterogene Katalysatoren bei hohen Temperaturen und Drücken mit meist geringen Selektivitäten. Ein kontrolliertes Verfahren mit hoher Selektivität zur Darstellung von Methanol aus Synthesegas ist unter Verwendung von homogenen Katalysatoren denkbar. Als Katalysatoren sollen später Übergangsmetallhydridkomplexe mit vierzähnigen Liganden verwendet werden. Diese zeichnen sich durch eine hohe Reaktivität gegenüber CO aus. Gestützt durch mechanistische Studien und quantenchemische Berechnungen sollen neue Katalysatorsysteme für die homogene Hydrierung von CO entwickelt werden.
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