Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Projektes war es, neuartige Wärmetransfertechnologien zur thermischen Ankopplung einer Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle an ein Wärmereservoir einzusetzen. Heutzutage finden Wärmetransfertechnologien bereits in einer Vielzahl von Bereichen ihre Anwendung, z.B. zur Kraft-Wärme-Kopplung in Gebäuden oder zur PC-Kühlung. Aus der Literatur sind bereits Wärmetransferkomponenten, die durch veränderte Geometrien und geeignete Materialwahl miniaturisiert wurden, bekannt. Bei der entwickelten Wärmetransferkomponente handelt es sich um eine Heatpipe, die in die Bipolarplatten des Brennstoffzellen-Stacks integriert werden sollte. Damit wird es ermöglicht, die Brennstoffzelle in der Startphase auf die notwendige Arbeitstemperatur aufzuheizen, sowie die während des Betriebes erzeugte thermische Energie abzuführen und in einem externen Wärmereservoir zu speichern. Projektidee war es, die Bipolarplatten und Heatpipes aus einem Material herzustellen. An das Material werden folgende Anforderungen gestellt: hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bei der anvisierten Temperatur von 160 C bis 180 C. Zudem sollte das Material mit etablierten Verfahren aus der Mikrotechnologie strukturiert werden können. Die Innovationen beruhten auf dem neuen Materialkonzept und der Integration der Heatpipes in die Bipolarplatten eines Brennstoffzellen-Stacks. Zudem sollten andere Wärmetransfertechnologien getestet und mit den integrierten Siliziumheatpipes verglichen werden. Die beiden Partner IMTEK und Fraunhofer ISE konnten erfolgreich aufzeigen, dass Heatpipes als Wärmetransferkomponente in Brennstoffzellen, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzellen, eingesetzt werden können.
Das Projekt "Teil 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines vollkommen neuen Verfahrens zur Erzeugung von gasförmigen Kraftstoffen aus organischen Abfallstoffen. Dazu werden erstmals fermentative Verfahren und bio-elektrische Systeme zu einem neuen Prozess kombiniert. In diesem Prozess werden die Abfallstoffe zunächst in einem 'dark fermentation reactor' fermentativ in organische Säuren umgewandelt und anschließend einer bio-elektrochemischen Konversion, bestehend aus einer Anoden- und einer Kathodenkammer zugeführt werden. An der Anode werden die gelösten organischen Säuren durch exoelektrogene Bakterien zu CO2, H+ und e- oxidiert. Während die Protonen durch eine PEM (proton exchange membrane) der Kathode zugeführt werden, geben die Bakterien die freiwerdenden Elektronen an die Anode ab, so dass diese über eine elektrische Verbindung an die Kathode weiter geleitet werden. Das gebildete CO2 wird ergänzend bedarfsgerecht der Kathode zugeführt. Die Einzelziele des Projektes sind wie folgt definiert: - Entwicklung und Erprobung eines geeigneten Anoden- und Kathodenmaterials und Optimierung der Elektrodenstruktur - Untersuchung der biologischen Diversität der Mikroorganismen an den Elektroden - Optimierung des fermentativ bioelektrochemischen Gesamtverfahrens unter technischen Aspekten im Labormaßstab. Im Berichtszeitraum wurden im Wesentlichen folgende Arbeiten durchgeführt: Ausgehend von Vorarbeiten zur Wasserstoffproduktion mit Edelstahlkathoden in dem für die Methanogenen geeigneten Kulturmedium, wurde iterativ ein auf die Anforderungen der Kathodenentwicklung hin optimiertes Reaktorkonzept entwickelt. Eine Hauptanforderung an den Reaktor ist dabei die integrierte CO2-Versorgung. Hinsichtlich der Entwicklung eines geeigneten Biofilm-Trägermaterials wurden vergleichende Untersuchungen mit Glasfasern und Nanofasern aus Polyacrylnitril (PAN) in einer Kultur von M. barkeri durchgeführt. Die PAN-Nanofasern wurden teilweise zusätzlich mit (3-Aminopropyl)triethoxysilan (ATPES) behandelt, um deren Oberfläche mit positiven Ladungen auszurüsten und so die Biofilmansiedlung zu verbessern. In verschiedenen Langzeitexperimenten mit bioelektrochemischen Systemen, die mit Perkolat als Substrat betrieben wurden, konnte gezeigt werden, dass die bereits im Perkolat bestehende Community an Organismen in der Lage ist, die enthaltenen organischen Säuren komplett zu oxidieren. Dabei konnten Stromstärken von bis zu 0,5 mA/cm2 Anodenfläche gemessen werden. Die durchgeführten Untersuchungen zum fermentativen Aufschluss der Abfallstoffe belegen, dass die gewählten Substrate sehr gut in organische Säuren überführt werden können. Es traten keinerlei Prozessstörungen auf. In HPLC-Untersuchungen konnten keine Alkohole und Zucker im Perkolat nachgewiesen werden. Die Untersuchung des Perkolats zeigte für pH-6,0 die höchsten Konzentrationen an organischen Säuren, besonders die Gehalte an Essigsäure und Buttersäure lagen im Vergleich deutlich über den Werten bei pH-5,5.
Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projektes war es, neuartige Wärmetransfertechnologien zur thermischen Ankopplung einer Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle an ein Wärmereservoir einzusetzen. Heutzutage finden Wärmetransfertechnologien bereits in einer Vielzahl von Bereichen ihre Anwendung, z.B. zur Kraft-Wärme-Kopplung in Gebäuden oder zur PC-Kühlung. Aus der Literatur sind bereits Wärmetransferkomponenten, die durch veränderte Geometrien und geeignete Materialwahl miniaturisiert wurden, bekannt. Bei der entwickelten Wärmetransferkomponente handelt es sich um eine Heatpipe, die in die Bipolarplatten des Brennstoffzellen-Stacks integriert werden sollte. Damit wird es ermöglicht, die Brennstoffzelle in der Startphase auf die notwendige Arbeitstemperatur aufzuheizen, sowie die während des Betriebes erzeugte thermische Energie abzuführen und in einem externen Wärmereservoir zu speichern. Projektidee war es, die Bipolarplatten und Heatpipes aus einem Material herzustellen. An das Material werden folgende Anforderungen gestellt: hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bei der anvisierten Temperatur von 160 C bis 180 C. Zudem sollte das Material mit etablierten Verfahren aus der Mikrotechnologie strukturiert werden können. Die Innovationen beruhten auf dem neuen Materialkonzept und der Integration der Heatpipes in die Bipolarplatten eines Brennstoffzellen-Stacks. Zudem sollten andere Wärmetransfertechnologien getestet und mit den integrierten Siliziumheatpipes verglichen werden. Die beiden Partner IMTEK und Fraunhofer ISE konnten erfolgreich aufzeigen, dass Heatpipes als Wärmetransferkomponente in Brennstoffzellen, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzellen, eingesetzt werden können.
Das Projekt "Fuel Cell based on-board Power Generation (FCGEN)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. For truck applications the increasing demand for electrical power when the vehicle stands still has Iead to an increasing need for an onboard electric power generator which operates with high efficiency and very bw emissions. A fuel cell based auxiliary power unit (APU), with a diesel fuel processor is regarded as one of the most interesting options since it combines high efficiency, bw emissions and the use of the same fuel as the main engine. The overall objectives of FCGEN are to devebop and demonstrate a proof-of-concept complete fuel cell auxiliary power unit in a real application, onboard a truck. The APU system consisting of a bow-temperature PEM fuel cell, a diesel fuel processor and necessary balance of plant components will be designed to meet automotive requirements regarding e.g. size, mechanical tolerances, durability etc. High targets are set for energy efficiency and therefore this will significantly lead to emissions reductions and greener transport solutions in line with EU targets. A key point in the project is the devebopment of a fuel processing System that can handle bogistic fuels. A fuel processor consisting of autothermal reformer, desuiphurization unit, water-gas-shift reactor, reactor for the preferential oxidation of CO, will be deveboped. The fuel processor will be deveboped for and tested on standard available bw sulphur diesel fuel both for the Europeari anci US fuel qualities. Another key point is the devebopment of an efficient and reliable control system for the APU, integrated with the truck systems, including both hardware and software modules. In the final demonstration, the fuel cell based APU will be tested on a truck as the first step in a defined plan towards full scale field tests.
Das Projekt "Teil C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Biogas, Klär-, Gruben- und Deponiegas, im Bereich der Kraft-Wärmekopplung erfordert eine Energiewandlung, die sowohl robust, effizient und wartungsarm ist, als auch eine Umsetzung der genannten Gase mit geringen Schadstoffemissionen ermöglicht. Darüber hinaus ist eine dezentrale Energieversorgungsstruktur unentbehrlich, um die kostenintensive nachträgliche Einrichtung von Fernwärmenetzen zu vermeiden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit für kleine, dezentrale BHKW-Einheiten, die eine direkte Wärmenutzung vor Ort erlauben. Beide Anforderungen erfüllen Stirlingmotor-BHKW. Infolge der kontinuierlichen, äußeren Verbrennung kann der Brennstoff stabil, effizient und mit geringen Emissionen umgesetzt werden. Außerdem ist der Stirlingmotor aufgrund des geschlossenen Kreisprozesses unempfindlich gegenüber Verschmutzungen beispielsweise durch die Verbrennungsprodukte, sodass größere Wartungsintervalle erreichbar sind als bei Motoren mit innerer Verbrennung. Stirlingmotor-BHKW können zudem im kleinen und kleinsten Leistungsbereich bis herunter auf 1 kW elektrische Leistung ohne nennenswerte Wirkungsgradeinbußen eingesetzt werden. Durch die vergleichsweise geringen elektrischen Wirkungsgrade von Mikrogasturbinen und insbesondere Stirling-BHKW können diese Anlagen in vielen Fällen nicht mit üblichen Motor-BHKW konkurrieren. Gleichzeitig sind Mikrogasturbinen und Stirling-BHKW bezogen auf die elektrische Leistung teurer als Motor-BHKW. Dennoch gibt es potenzielle Einsatzbereiche für diese beiden Technologien im Schwachgasbereich, die anhand von exemplarischen Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Potenzialabschätzungen aufgezeigt werden. Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Begleitung von Stirlingmotor-BHKW im Betrieb mit Bio-, Gruben- und Klärgas und Mikrogasturbinen im Betrieb mit Biogas an sechs verschiedenen Standorten im Feld. Neben der Auswertung von Leistungs- und Emissionsdaten sollen auch allgemeine Erfahrungen gesammelt und notiert werden, um eventuell vorhandene technische Risiken aufzudecken und bewerten zu können. Parallel dazu wird die Wirtschaftlichkeit der Geräte untersucht.
Das Projekt "Teil A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Reutlingen, Reutlingen Research Institute (RRI) durchgeführt. Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Biogas, Klär-, Gruben- und Deponiegas, im Bereich der Kraft-Wärmekopplung erfordert eine Energiewandlung, die sowohl robust, effizient und wartungsarm ist, als auch eine Umsetzung der genannten Gase mit geringen Schadstoffemissionen ermöglicht. Darüber hinaus ist eine dezentrale Energieversorgungsstruktur unentbehrlich, um die kostenintensive nachträgliche Einrichtung von Fernwärmenetzen zu vermeiden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit für kleine, dezentrale BHKW-Einheiten, die eine direkte Wärmenutzung vor Ort erlauben. Beide Anforderungen erfüllen Stirlingmotor-BHKW. Infolge der kontinuierlichen, äußeren Verbrennung kann der Brennstoff stabil, effizient und mit geringen Emissionen umgesetzt werden. Außerdem ist der Stirlingmotor aufgrund des geschlossenen Kreisprozesses unempfindlich gegenüber Verschmutzungen beispielsweise durch die Verbrennungsprodukte, sodass größere Wartungsintervalle erreichbar sind als bei Motoren mit innerer Verbrennung. Stirlingmotor-BHKW können zudem im kleinen und kleinsten Leistungsbereich bis herunter auf 1 kW elektrische Leistung ohne nennenswerte Wirkungsgradeinbußen eingesetzt werden. Durch die vergleichsweise geringen elektrischen Wirkungsgrade von Mikrogasturbinen und insbesondere Stirling-BHKW können diese Anlagen in vielen Fällen nicht mit üblichen Motor-BHKW konkurrieren. Gleichzeitig sind Mikrogasturbinen und Stirling-BHKW bezogen auf die elektrische Leistung teurer als Motor-BHKW. Dennoch gibt es potenzielle Einsatzbereiche für diese beiden Technologien im Schwachgasbereich, die anhand von exemplarischen Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Potenzialabschätzungen aufgezeigt werden. Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Begleitung von Stirlingmotor-BHKW im Betrieb mit Bio-, Gruben- und Klärgas und Mikrogasturbinen im Betrieb mit Biogas an sechs verschiedenen Standorten im Feld. Neben der Auswertung von Leistungs- und Emissionsdaten sollen auch allgemeine Erfahrungen gesammelt und notiert werden, um eventuell vorhandene technische Risiken aufzudecken und bewerten zu können. Parallel dazu wird die Wirtschaftlichkeit der Geräte untersucht.
Das Projekt "Teil B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie (740) durchgeführt. Die Nutzung erneuerbarer Energien wie Biogas, Klärgas, Grubengas und Deponiegas, im Bereich der Kraft-Wärmekopplung erfordert eine Energiewandlung, die sowohl robust, effizient und wartungsarm ist, als auch eine Umsetzung der genannten Gase mit geringen Schadstoffemissionen ermöglicht. Darüber hinaus ist eine dezentrale Energieversorgungsstruktur unentbehrlich, um die kostenintensive nachträgliche Einrichtung von Fernwärmenetzen zu vermeiden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit für kleine, dezentrale BHKW-Einheiten, die eine direkte Wärmenutzung vor Ort erlauben. Beide Anforderungen erfüllen Stirlingmotor-BHKW. Infolge der kontinuierlichen, äußeren Verbrennung kann der Brennstoff stabil, effizient und mit geringen Emissionen umgesetzt werden. Außerdem ist der Stirlingmotor aufgrund des geschlossenen Kreisprozesses unempfindlich gegenüber Verschmutzungen beispielsweise durch die Verbrennungsprodukte, sodass größere Wartungsintervalle erreichbar sind als bei Motoren mit innerer Verbrennung. Stirlingmotor-BHKW können zudem im kleinen und kleinsten Leistungsbereich bis herunter auf 1 kW elektrische Leistung ohne nennenswerte Wirkungsgradeinbußen eingesetzt werden. Durch die vergleichsweise geringen elektrischen Wirkungsgrade von Mikrogasturbinen und insbesondere Stirling-BHKW können diese Anlagen in vielen Fällen nicht mit üblichen Motor-BHKW konkurrieren. Gleichzeitig sind Mikrogasturbinen und Stirling-BHKW bezogen auf die elektrische Leistung teurer als Motor-BHKW. Dennoch gibt es potenzielle Einsatzbereiche für diese beiden Technologien im Schwachgasbereich, die anhand von exemplarischen Wirtschaftlichkeitsberechnungen und Potenzialabschätzungen aufgezeigt werden. Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Begleitung von Stirlingmotor-BHKW im Betrieb mit Biogas, Grubengas und Klärgas und Mikrogasturbinen im Betrieb mit Biogas an sechs verschiedenen Standorten im Feld. Neben der Auswertung von Leistungs- und Emissionsdaten sollen auch allgemeine Erfahrungen gesammelt und notiert werden, um eventuell vorhandene technische Risiken aufzudecken und bewerten zu können. Parallel dazu wird die Wirtschaftlichkeit der Geräte untersucht.
Das Projekt "FC-CAT - Fuel Cell CFD and though-plane Modelling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Professur für Anwendungsentwicklung durchgeführt. Projektziel ist die Entwicklung von Software zur Strömungssimulation (CFD - computational fluid dynamics) von Brennstoffzellen mit einer Kopplung zu den entscheidenden elektrochemischen Reaktionen auf Kathode und Anode im notwendigen Detaillierungsgrad, der Wärmeerzeugung und dem Wärmetransport und der Flüssigwasserbildung bzw. dem 2-Phasen-Transport. Dabei soll das Modell unterschiedliche Geometrien des Strömungsfelds und unterschiedliche Materialien, insbesondere für die porösen Lagen einer Brennstoffzelle, abbilden. Zusätzlich soll das Modell dynamische Lastzyklen abbilden können. Das IMTEK befasst sich dabei maßgeblich mit der ex-situ Charakterisierung relevanter Materialien für die Brennstoffzellensimulation. Dabei werden unterschiedlichste Methoden angewandt, von Tomographischer Rekonstruktion via FIB-SEM, CT oder TEM bis hin zu Raman-Imaging, um valide Deskriptoren für die Materialeigenschaften zu finden.
Das Projekt "FC-RAT - Fuel Cell Realistic Aging Trend Modelling" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Professur für Anwendungsentwicklung durchgeführt. In FC-RAT steht der Übertrag von wissenschaftlichen Erkenntnissen aus dem Labor auf die realen Zellabmessungen und hinsichtlich anwendungstypischer Betriebsbedingungen wie Start- und Abschaltvorgänge im Vordergrund. Es sollen eine parallel entwickelte Leistungsmodellierung mit der in FC-RAT zu entwickelnden Alterungsmodellierung zusammengeführt werden.
Das Projekt "Mikro-Reaktortechnik fuer Wasserstoff und Strom" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. Objective: The objective of the project is to design, micro-fabricate and test components for a miniaturised, integrated fuel processor for the conversion of methanol to clean, fuel cell-grade hydrogen for low-power (20-100 W(e)) electricity generation. The project will also develop a safe methanol container. For testing purposes, PEM fuel cells will be provided to the project by an EU industry specialised in this field which is however not a partner in the project. Finally, the project will deliver a safety and environmental impact study and (in the final year) a conceptual design plus working plan for the integration of the individual reactors into an integrated fuel processor, intended to be executed in a follow-up project. The project aim is to create (technology for) an innovative alternative to battery packs, and to expand the range of applicability of PEM fuel cells, by providing an alternative to hydrogen storage in metal hydrides. Compared to both these alternatives, the increase in energy to weight ratio is 5-10, making it an environmentally sound alternative with a clear advantage to the future customer. Description of work: In carrying out the project, the technological lead of companies and organisations in EU countries in the areas of microtechnology, microsensors and -actuators and in fuel processing technology will be strengthened. Though the project will focus on one particular application (clean hydrogen generation for fuel cell use), the innovative nature of research carried out in the constituent parts of the project ensures spin-off both to larger-scale fuel processing (and fuel cell systems) as well as to microreactors for small-scale chemicals production and to catalyst coating technology. The project will be co-ordinated by Shell. In the project, industry, research institutions and universities will co-operate intensively, working towards a well-defined end product (the prototypes). Work will be carried out in 4 EU countries: France, Germany, the United Kingdom and the Netherlands. Though the project has just a single industrial partner, it should be stressed that IMM has a proven track record for setting up manufacturing spin-off companies and ECN actively markets its proprietary technology. Expected results and exploitation plans: In order to test the microreactor in combination with a fuel cell, we have established a relationship with a major European industry in the area of fuel cell and electronics. They will provide the consortium with 100 W fuel cells for testing purposes. Though at this stage it is too early for them to join the project as a partner, they have shown sincere interest in combining the technology generated in this project with their fuel cell knowledge in potential follow-up to the project... Prime Contractor: Shell Global Solutions International B.V., Shell Research and Technology Centre Amsterdam; Amsterdam/Netherlands