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.
Das Projekt "Entwicklung neuartiger kostengünstiger Metallhydride und Reaktoren für umweltfreundliche Energieumwandlungsanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Kernenergetik und Energiesysteme durchgeführt. Metallhydride können einen wichtigen Beitrag für eine umweltfreundliche Energienutzung leisten. Hydrid-Wärmetransformatoren, -wärmepumpen und -kälteanlagen können aus niederwertiger Antriebswärme Hochtemperaturwärme sowie Nutzwärme und -kälte für die Klimatisierung bereitstellen. Hydrid-Wärmespeicher können in Solaranlagen oder der Industrie eingesetzt werden; Hydrid-Wasserstoffspeicher können in brennstoffzellen-getriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden und damit zur Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen. Die hohen Kosten der Metallhydride und die teure Herstellung der Hydridbehälter (Reaktoren) sind das größte Hindernis bei der Nutzung dieser Technologien. In diesem gemeinsamen Forschungsvorhaben sollen am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE), Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit dem Indian Institute of Technology (IITM) (gefördert durch das indische Non-Conventional Energy Ministry-MNES) neue, kostengünstige, aus herkömmlichen und leicht verfügbaren Metallen herstellbare Hydridlegierungen hergestellt und charakterisiert sowie leistungsfähige, einen guten Wärme- und Stofftransport aufweisende, kostengünstige Reaktoren für Wasserstoffspeicher und Wärmepumpen entwickelt werden.
Das Projekt "Waermespeicherung in Metallhydriden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Forschungsschwerpunkt Verfahrenstechnik und Energieanlagen, Arbeitsbereich Apparatebau durchgeführt. Die Eigenschaft bestimmter Metalle, Wasserstoff chemisch als Hydrid zu binden stellt eine Alternative zu der Gas- und Fluessigspeicherung dar. Bei der Bildung des Metallhydrides werden Wasserstoffmolekuele gespalten und Wasserstoffatome an Zwischengitterplaetzen geeigneter Metalllegierungen eingebaut. Die Wasserstoff-Metall-Reaktion setzt in Abhaengigkeit des eingesetzten Metalls Bildungswaerme bis zu 30 Prozent des unteren Heizwertes von Wasserstoff frei. Im Verlauf der Rueckreaktion kann aufgrund der Hydridzersetzung Wasserstoff abgegeben und Waerme verlustlos gespeichert werden. Die Bildung von Hydriden als Funktion von Druck, Temperatur und Wasserstoffkonzentration im Metall wird in Konzentrations-Druck-Isothermen erfasst. Die Umwandlung von Metall in Metallhydrid findet unter konstantem Wasserstoffdruck bei gleichbleibender Temperatur statt. Schwerpunktmaessig werden Magnesiumhydride, Hydride der 3 d-Uebergangsmetallreihe und Hydride auf Basis der seltenen Erden im Hinblick auf ihr thermodynamisches Verhalten, ihre Reaktionskinetik, ihre Waermeleitfaehigkeit, ihrer Speicher- und Zyklisierungsstabilitaet untersucht. Hierbei hat sich herausgestellt, dass Metallhydride technisch sinnvoll und wirtschaftlich einsetzbar sind, wenn die Reaktion der Metalle mit Wasserstoff nicht allein zur Wasserstoffspeicherung dient, sondern zusaetzliche Funktionen mit den Systemen erfuellt werden koennen. Die Waermetoenung empfiehlt Hydride nicht nur als Wasserstoff-, sondern auch als Waermespeicher. Die Kombination zweier Hydridspeicher auf unterschiedlichem Temperaturniveau kann als Waermepumpsystem funktionieren. Zur Zeit steht die Entwicklung verfahrenstechnischer Simulationsprogramme im Vordergrund, die es erlauben, die gemessenen thermodynamischen Daten als Basis fuer die Voraussagen des Betriebsverhaltens grosstechnischer Energiespeicher zu treffen.
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 "Teilvorhaben: Speicherwärmemanagement und Füllstandsmessung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PANCO - Physikalische Technik Anlagenentwicklung & Consulting GmbH durchgeführt. Gegenüber heutigen Hochdruck-H2-Komposittanks soll durch einen wesentlich niedrigeren Beladedruck von höchstens 300 bar und eine preisgünstigere, recyclingfähige Tankhülle aus Stahl oder Aluminium eine deutliche Kostensenkung und bessere Lebenszyklus-Bilanz erreicht werden. Die vorgesehenen Leichtmetallhydridspeicher arbeiten bei Temperaturen bis von um 120 Grad Celsius, daher soll die vorhandene Abwärme der Brennstoffzelle mit einer Temperatur um 75Grad Celsius auf ein entsprechend höheres Temperaturniveau gepumpt werden. Ein Schwerpunkt dieses Teilvorhabens ist das Wärmemanagement. D.h. die Auswahl, Entwicklung, Optimierung und Identifizierung von Wärmetauschern, die die Wärme einer Hochtemperaturwärmepumpe in den Tank leiten sollen, um die Betriebstemperatur zu erreichen, und die Prüfung/Entwicklung einer Peltierelement getriebenen Wärmepumpe, um durch noch höhere Temperaturniveaus größer als 120 Grad Celsius die Tankkapazität zu vergrößern. Weiterhin soll eine eichfähige Methode zur Messung des Beladungszustandes der Metallhydride zur Füllstandsmessung erarbeitet werden. 1. Phase (1 Jahr): Entwicklung detailliertes Systemkonzept für hybriden Druckwasserstoff-Metallhydridspeicher mit (i) Festlegung Leistungsprofil, Systemanforderungen und No/Go-Kriterien (ii) Konzeption einer Peltierelement getriebenen Wärmepumpe (iii) Aufbau und Test eines Wärmepumpen-Funktionsmodells (iv) Perfomanceabschätzung; Go/NoGo 2. Phase (3 Jahre): Konstruktion, Bau und Test des Wärmemanagements eines 5-kg-H2-Demonstrators mit Füllstandsbestimmung: (i) Optimierung der Wärmetauscher eines Modell-Tankmoduls (ii) Experimentelle Bestimmung des Verhaltens der Wärmetauscher im Modell-Tankmodul unter simulierten Fahrzeugbetriebsbedingungen (iii) Entwicklung der Füllstandsmessung anhand Messung des Beladungszustandes der Metallhydride (iii) Optimierung des Demonstrator-Tanksystems (iv) Studium der Funktionalität des Wärmemanagements und Füllstandsbestimmung des Demonstrator-Tanksystems unter simulierten Betriebsbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendungen und Fertigungstechnik von fortschrittlichen Metallhydridspeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GKN Sinter Metals Engineering GmbH durchgeführt. Im hier vorgeschlagenen F/E-Verbundvorhaben sollen fortschrittliche Metallhydrid (MH)-Speichermodule entwickelt werden, in denen optimierte Hydrid-Graphit-Verbundwerkstoffe HGV (basierend auf Mg- und Ti-haltigen Legierungen) zum Einsatz kommen sollen. Die gesamte Wertschöpfungskette von der Werkstoffherstellung und -charakterisierung über die Auslegung bis zur Erprobung von fortschrittlichen MH-Speichermodulen soll im Vorhaben abgebildet werden, um eine spätere industrielle Umsetzung mit den relevanten industriellen Partnern zeitnah und direkt zu ermöglichen. Als Projektziel soll die Übertragung der erlernten Erkenntnisse und Fähigkeiten hinsichtlich der großtechnischen Umsetzbarkeit an einer ausgewählten Demonstratoranwendung validiert werden. GKN wird an der Anwendungsanalyse, Konzepterstellung und seiner Umsetzung von vorne an aktiv teilnehmen. Mit Know-How im Bereich Pulverherstellung und seine Verarbeitung wird GKN die HGV mitentwickeln, herstellen und testen, mit dem Hinblick auf spätere großtechnischen Markteinführung. Parallel zu den Messungen an HGV werden die FEM-Simulationen durchgeführt, die mit Erkenntnissen aus In-operando Methoden übereinstimmt und optimiert werden. Für die ausgewählte Anwendung wird ein Demonstrator entwickelt und gebaut.
Das Projekt "Teilvorhaben: In-Operando-Untersuchungen zur Wasserstoffverteilung in Metallhydridspeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien, Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien durchgeführt. Im hier vorgeschlagenen F/E-Verbundvorhaben sollen fortschrittliche MH-Speichermodule entwickelt werden, in denen optimierte leicht-metallbasierte HGV (basierend auf Mg- und Ti-haltigen Legierungen) zum Einsatz kommen sollen. Die gesamt Wertschöpfungskette von der Werkstoffherstellung und -charakterisierung über die Auslegung bis zur Erprobung von fortschrittlichen MH-Speichermodulen soll im Vorhaben abgebildet werden, um eine spätere industrielle Umsetzung mit den relevanten industriellen Partnern zeitnah und direkt zu ermöglichen. Als Projektziel soll die Übertragung der erlernten Erkenntnisse und Fähigkeiten hinsichtlich der großtechnischen Umsetzbarkeit an einer ausgewählten Demonstratoranwendung validiert werden. Die Aufgabe der TU Berlin ist dabei vor allem die in-operando-Untersuchung der Wasserstoff-Verteilung zur Optimierung der Materialstruktur. Mit diesen Untersuchungen wird das Hauptziel verfolgt, technisch relevante Systemlösungen abzuleiten, HGV derart herzustellen und in entsprechende Speicherbehälter so zu integrieren, dass sie dauerhaft form- und damit alterungsbeständig bleiben, was den Weg für deren technische Nutzung auf industriellem Maßstab ebnet. Zur Erreichung der Vorhabenziele werden in diesem Teilvorhaben tomographische und radiographische in-situ Methoden eingesetzt, die es ermöglichen die Wasserstoffverteilung sowie die Mikrostruktur und -morphologie der Materialien zwei- bzw. dreidimensional während der Hydrierung und Dehydrierung zu untersuchen. Hierbei werden sowohl schnelle Echtzeitmessungen als auch sehr hochortsaufgelöste (bis 1 Mikro m) in-situ Neutronen Tomographie- und element-selektive ex-situ Synchrotron-Tomographie-Untersuchungen durchgeführt. Unter anderem wird dabei auch erstmalig ein hochortsauflösendes Detektorsystem aufgebaut und eingesetzt, um die 3D-Struktur-Eigenschaftsbziehungen zwischen Gefügemorphologie und Wasserstoffverteilung aufzudecken.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Charakterisierung maßgeschneiderter Graphitwerkstoffe für fortschrittliche Metallhydridspeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGL Carbon SE durchgeführt. In diesem F/E-Verbundvorhaben sollen weltweit erstmalig die mikroskopischen Vorgänge des Gas- und Wärmetransfers während der Hydrierung-Dehydrierung von Hydrid-Graphit-Verbundmaterialien (basierend auf magnesium- und titanhaltigen Legierungen) und die sich daraus ergebenden morphologischen und gefügeseitigen Veränderungen mittels bildgebender In-operando-Methoden in Echtzeit untersucht werden. Mit diesen Untersuchungen wird das Hauptziel verfolgt, technisch relevante Systemlösungen abzuleiten, HGV derart herzustellen und in entsprechende Speicherbehälter so zu integrieren, dass sie dauerhaft form- und damit alterungsbeständig bleiben, was den Weg für deren technische Nutzung auf industriellem Maßstab ebnet. Speziell darauf abgestimmte und für die Anwendung im Bereich der Wasserstoffspeicherung angepasste Graphitwerkstoffe werden entwickelt und charakterisiert. AP1 Analysen/Konzepte Demonstrationsanwendungen A1.1 Definition technischer und ökonomischer Anforderungen, Erarbeitung Anlagenkonzepte für mögliche Demonstrationsanwendungen A1.2 Prüfung Übertragbarkeit HGV-Herstellungsroute und unterschiedlicher Graphitmodifikationen auf großtechnische Machbarkeit (Produktionsanlagenkonzept) A1.4 Rohstoffscreening AP2 Herstellung HG-Verbundwerkstoffe A2.1 Strukturierte Auswahl Naturgraphite (Minen, Partikelgrößen) A2.2 Herstellung Additive (Expandate und Mahlungen, z.B. GFG5) A2.3 Kombinationen Naturgraphit/synthetischer Graphit (z.B. Fasern, synthet. Folien) AP3 Werkstoffcharakterisierung A3.2 Messung Gaspermeation axiale und radiale Richtung A3.11 Analyse Zusammenhang zw. 3D-Strukturdaten und Wärme- und Stofftransporteigenschaften sowie HGV-Zyklierfähigkeit AP4 In-operando-Neutronen-Radiographie und -Tomographie von MH-Speichermodulen A4.1 Anpassung/Erprobung MH-Teststands AP5 FEM-Simulationen A5.7 Auslegungsrechnungen für in AP1 genannte Demonstratoranwendungen (Fallunterscheidungen) AP6 Demonstratoranwendung A6.1 Auswahl Demonstratoranwendung AP7 Verwertung der Ergebnisse.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung und Testung von Leichtmetallhydrid-Graphit-Verbundmaterialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Im F/E-Verbundvorhaben FORMEN sollen fortschrittliche Metallhydrid-Speichermodule entwickelt werden, in denen optimierte leichtmetallbasierte HGV (Hydrid-Graphit-Verbundwerkstoffe) zum Einsatz kommen sollen. Die gesamt Wertschöpfungskette von der Werkstoffherstellung und -charakterisierung über die Auslegung bis zur Erprobung von fortschrittlichen MH-Speichermodulen soll im Vorhaben abgebildet werden, um eine spätere industrielle Umsetzung mit den relevanten industriellen Partnern zeitnah und direkt zu ermöglichen. Als Projektziel soll die Übertragung der erlernten Erkenntnisse und Fähigkeiten hinsichtlich der großtechnischen Umsetzbarkeit an einer ausgewählten Demonstratoranwendung validiert werden. Für die Erreichung der Projektziele sind acht Arbeitspakete vorgesehen, die zeitlich und ressourcenseitig sorgfältig geplant wurden: 1. Anwendungsanalyse, Konzeptumsetzung; 2. Herstellung HG-Verbundmaterial; 3. Werkstoffcharakterisierung; 4. In-operando-Neutronen-Untersuchungen von MH-Speichern; 5. FEM-Simulationen; 6. Demonstratoranwendung; 7. Verwertung der Ergebnisse; 8. Projektmanagement.
Das Projekt "Teilvorhaben Up-Scaling/Demonstratorbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ZOZ GmbH durchgeführt. Das Projekt beinhaltet zwei Teilziele. Das erste beinhaltet die Herstellung von infiltrierbaren RHC (Reactive Hydride Composites) im Rahmen eines Up-Scalings. Das zweite Teilziel ist die Konzeption und der Bau eines Demonstratortanks, der eine höhere Leistungsfähigkeit erzielt, als bisher bestehende Systeme. Die Verwendung der neuartigen kombinierten RHC soll die Kapazität eines damit hergestellten Wasserstofftanks erhöhen, die Be- und Entladungstemperaturen verringern und einen effizienten Wärmeaustausch während des Betrieb ermöglichen, was zur Senkung der Herstellungs- und Betriebskosten führt. Die Synthese und Verwendung der neuen RHC ist nur im großen Maßstab effizient. Daher werden die unter Laborbedingungen hergestellten RHC im technischen und semi-industriellen Maßstab mittels hochkinetischer Prozesstechnik synthetisiert, getestet und für die anvisierte Speichertechnologie evaluiert. Bei einem Up-Scaling ist die Optimierung des Prozesses und das Handling der Materialien wichtig. Neben den Prozessparametern ist auch die Beladung und die Ausbringung von entscheidender Bedeutung. Um die neu entwickelten RHC in der Praxis anwenden zu können, wird als Demonstrator ein entsprechender Wasserstofftank konzipiert und gefertigt. Es werden im ersten Teil die RHC im technischen, bzw. semi-industriellen Maßstab synthetisiert. Dazu müssen die Prozessparameter evaluiert und optimiert werden. Die Handhabung der Materialien muss entsprechend den Anforderungen angepasst werden, um eine möglichst effiziente Synthese der RHC zu etablieren. Im weiteren Verlauf des Projekts ist die Konzeption und der Bau eines entsprechenden Wasserstofftanks ein weiteres Ziel. Hierzu wird in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern HZG (Institut für Werkstoffforschung, Teilinstitut Werkstofftechnologie) und TUHH (Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft) ein Modelltank für die im Projekt durzuführenden Untersuchungen entwickelt. Als Demonstrator ist ein größerer Tank geplant.
