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Teilvorhaben: VerSOC (Verwertungskette SOC-Stack)

Das Projekt "Teilvorhaben: VerSOC (Verwertungskette SOC-Stack)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Ziel des Querschnittsprojekts 'Recycling - Nachhaltige Ressourcennutzung' ist es, die Technologie bereitzustellen, um insbesondere Stoffkreisläufe der kritischen Rohstoffe, speziell der Technologiemetalle nach der Nutzungsphase eines großtechnischen Elektrolyseurs zu schließen. Die parallel zur den im Cluster entwickelten technologischen und werkstofflichen Lösungen für industrielle Elektrolyseure findet eine vorwettbewerbliche holistische und antizipierende Entwicklung von Recyclingkonzepten sowie von neuen und adaptierten Recyclingtechnologien statt. Der Aufbau der Elektrolyseure erfordert eine multiskalige Betrachtung der Thematik, wobei die jeweiligen Stacks die neuen Herausforderungen für das Recycling darstellen. Die Technologie zum Recycling der Peripheriebaugruppen, wie Pumpen, Filter, Elektroinstallation kann durch den Stand der Technik abgedeckt werden. Entsprechend der Abfallhierarchie werden auf Basis EoL-Stacks (FZJ, sunfire, Hexis) Konzepte entwickelt, die die Wiederverwendung (Reuse) von SOEC-Komponenten wie z.B. Interkonnektoren, Zellen, Dichtung aber auch Systemkomponenten wie Reformer, Stromabgriffen, Verspannungen, Gaszuführungen zum Ziel haben. Das Ziel der metallurgischen Behandlung der Verbund-Reststoffe über pyro- und hydrometallurgische Verfahren ist eine selektive Rückgewinnung mit anschließender Raffination der metallisch oder oxidisch vorliegenden Wertstoff-Metall-Anteile (RWTH-IME, FZJ). Im Zuge der angedachten Forschung wird ein Referenzsystem erstellt, in dem prozessstufenarm werthaltige Konzentrate der Elektrolyseurkomponenten auf eine Legierung verschmolzen werden, die die weniger Sauerstoff affinen Metalle enthält und eine Schlacke. Die gewonnenen Metalle und Mineralphasen werden gereinigt und ggf. weiter getrennt, um möglichst weitgehende zero-waste Konzepte zu realisieren, welche vorbereitend simuliert werden.

Projektverbund zur optimierten Materialentwicklung für die technische H2-Erzeugung durch verbesserte Sauerstoffelektroden

Das Projekt "Projektverbund zur optimierten Materialentwicklung für die technische H2-Erzeugung durch verbesserte Sauerstoffelektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Ernst-Berl-Institut für Technische und Makromolekulare Chemie durchgeführt. Der PrometH2eus-Verbund beschreitet den vollständigen Weg von den ersten Schritten in der Entwicklung und dem Verständnis von Katalysatoren bis hin zur Hochskalierung von hieraus hergestellten Elektroden für Tests in Pilotanlagen. Die Teilprojekte 14-16 befassen sich hierbei mit dem 'Zero-Gap' Design und dem Ansatz des 'Catalyst-Coated-Substrate' indem Netze mit katalytisch aktiver Oberfläche für Stofftransport und parallele elektrochemische Umwandlung verwendet werden. Dies erlaubt es Kontaktverluste zu minimieren sowie den Mehrphasentransport für hohe Stromdichten zu erhöhen. Neben klassischen Netzen mit '2D-Struktur' sind auch komplexe gestrickte und gewebte 3D Strukturen möglich. Hierdurch kann die Katalysatormenge erhöht sowie der Mehrphasenstofftransport optimiert werden, um aktive ORR-Katalysatornetze zu generieren. Die Grundstruktur kann eine reine Leiterfunktion erfüllen oder bereits aus Nickel(Legierungen) gefertigt sein. Zum Aufbringen der aktiven Spezies werden daher zwei Ansätze verfolgt: i) Das galvanische Abscheiden von Nickel(Schäume); ii) das Ausbilden aktiver NiOOH Spezies durch eine kathodische Behandlung. Zum Testen der Katalysatornetze unter technisch relevanten Bedingungen wird ein Messstand etabliert und validiert. Die wissensbasierte Verbesserung der Netzgeometrie wird sowohl durch Einblicke über in situ Messtechnik wie auch Simulation unterstützt. Hierdurch sollen Einflüsse der Mehrphasentransportprozesse erfasst und parametrische Sensitivitäten quantifiziert werden. Für die in situ Diagnostik werden bildgebende, multidimensionale Multiparameter-Messmethoden auf die Anforderungen einer optisch zugänglichen Zero-Gap-Zelle nach dem CCS-Ansatz adaptiert und validiert. Die Simulation fokussiert sich auf die stark ausgeprägte Elektrolyt-Konvektion an der Blasengrenzfläche, welche neben Materialeigenschaften wie Rauheit und Benetzbarkeit das Ablöseverhalten der Blasen von der Elektrode und damit die Prozessperformanz insgesamt beeinflusst.

Carbon and Chorine Isotope Effect Study to Investigate Chlorinated Ethylene Dehalogenation Mechanisms

Das Projekt "Carbon and Chorine Isotope Effect Study to Investigate Chlorinated Ethylene Dehalogenation Mechanisms" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren e.V., Institut für Grundwasserökologie durchgeführt. Chlorinated ethylenes are prevalent groundwater contaminants. Numerous studies have addressed the mechanism of their reductive dehalogenation during biodegradation and reaction with zero-valent iron. However, despite insight with purified enzymes and well-characterized chemical model systems, conclusive evidence has been missing that the same mechanisms do indeed prevail in real-world transformations. While dual kinetic isotope effect measurements can provide such lines of evidence, until now this approach has not been possible for chlorinated ethylenes because an adequate method for continuous flow compound specific chlorine isotope analysis has been missing. This study attempts to close this prevalent research gap by a combination of two complementary approaches. (1) A novel analytical method to measure isotope effects for carbon and chlorine. (2) A carefully chosen set of well-defined model reactants representing distinct dehalogenation mechanisms believed to be important in real-world systems. Isotope trends observed in biotic and abiotic environmental dehalogenation will be compared to these model reactions, and the respective mechanistic hypotheses will be confirmed or discarded. With this hypothesis-driven approach it is our goal to elucidate for the first timdehalogenation reactions.

Teilvorhaben: Bewertung unterschiedlicher Verfahrenskonzepte zur effizienten Abwasserbehandlung und Prozesswasserbereitstellung

Das Projekt "Teilvorhaben: Bewertung unterschiedlicher Verfahrenskonzepte zur effizienten Abwasserbehandlung und Prozesswasserbereitstellung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EnviroChemie GmbH durchgeführt. Ziel des Leitprojekts 'H2Mare' ist die Erforschung technologischer, wirtschaftlicher und übergeordneter gesellschaftlicher Aspekte von als Insellösung betriebenen, an Offshore-Windenergieanlagen ohne Netzanbindung angekoppelten integrierten Power-to-X-Anlagen. In diesem Kontext sollen besonders aussichtsreich erscheinende PtX-Produkte und -Verfahren identifiziert und deren Entwicklung vorangetrieben werden. Im Rahmen des Verbundprojekts PtX-Wind wird sich deshalb mit der Offshore-Erzeugung von verflüssigtem Methan, Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffen, Methanol und Ammoniak beschäftigt. Es sollen innovative methodische Ansätze und technische Lösungen entwickelt werden, um die Herausforderungen eines sicheren, effizienten und wirtschaftlichen Betriebs komplexer verfahrenstechnischer Anlagen mit variabler Last unter Offshore-Bedingungen zu bewältigen. Neben den produktionstechnischen Lösungen gehört dazu auch die Entwicklung eines innovativen, integrativen Wassermanagementsystems, bei dem nach Möglichkeit während der Wasseraufbereitung für die PtX-Prozesse und der Abwasserbehandlung ressourceneffiziente Lösungen bis hin zu Zero-Liquid Discharge erarbeitet, untersucht und bewertet werden. Hierfür sollen intelligente Steuerungskonzepte mit 'Remote Control' erarbeitet und etabliert werden.

Ausbreitung und genetischer Austausch zwischen Flechtenpopulationen in Patagonien und der Antarktischen Halbinsel (unter Berücksichtigung anthropogener Einflüsse)

Das Projekt "Ausbreitung und genetischer Austausch zwischen Flechtenpopulationen in Patagonien und der Antarktischen Halbinsel (unter Berücksichtigung anthropogener Einflüsse)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Senckenbergische Naturforschende Gesellschaft, Forschungsinstitut und Naturmuseum Senckenberg durchgeführt. (1) Terrestrische Biota der Antarktis sind durch geografische Isolation und inselhafte Verteilung geprägt. Die isolierte Lage der Antarktis und die Beschränkung auf weit voneinander entfernte kleine Habitatflecken haben zu einem hohen Endemiten-Anteil und einer starken Regionalisierung der Fauna und Flora geführt. Genetische Differenzierung, lokale Anpassung und die Evolution kryptischer Arten sind die Folge. Die Biodiversitäts-Konvention (CBD) betrachtet genetische Diversität als einen Eckpfeiler biologischer Vielfalt und stellt sie damit in eine Reihe mit der Diversität von Arten und Ökosystemen. Durch Einschleppung ortsfremder Arten und Homogenisierung bislang getrennter Genpools bedroht der Mensch jedoch zunehmend diese Isolation und genetische Differenzierung vieler antarktischer Biota. (2) Obwohl Flechten als wichtigste Primärproduzenten antarktische terrestrische Lebensräume dominieren, fehlen zurzeit Daten zu ihrer genetischen Struktur und Diversität. Der Umfang inter- und intrakontinentalen Genflusses ist bisher völlig unbekannt. Es ist deswegen derzeit unmöglich, den aktuellen und zukünftigen menschlichen Einfluss auf antarktische Flechtenpopulationen auch nur annähernd abzuschätzen.(3) Wir schlagen vor, mittels molekulargenetischer Daten die populationsgenetische Struktur von sechs weit verbreiteten Flechtenarten mit unterschiedlichen Ausbreitungsstrategien zu untersuchen. Dabei soll die Nullhypothese überprüft werden, dass Flechtenpopulationen genetisch nicht differenziert sind. Zusätzlich wollen wir abschätzen, ob menschliche Aktivitäten zur Einschleppung ortsfremder Arten oder Genotypen und zur Homogenisierung von Genpools beitragen. Hierfür sollen Lokalitäten mit hohem und niedrigem menschlichen Einfluss verglichen werden. Das Projekt schafft damit unverzichtbare Grunddaten für die Entwicklung von Schutzstrategien in der Antarktis.

Effect of diffusive/dispersive processes on stable isotope ratios of organic contaminants in aquifer systems

Das Projekt "Effect of diffusive/dispersive processes on stable isotope ratios of organic contaminants in aquifer systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technical University of Denmark, Department of Environmental Engineering durchgeführt. Groundwater contamination by organic compounds represents a widespread environmental problem. The heterogeneity of geological formations and the complexity of physical and biogeochemical subsurface processes, often hamper a quantitative characterization of contaminated aquifers. Compound specific stable isotope analysis (CSIA) has emerged as a novel approach to investigate contaminant transformation and to relate contaminant sources to downgradient contamination. This method generally assumes that only (bio)chemical transformations are associated with isotope effects. However, recent studies have revealed isotope fractionation of organic contaminants by physical processes, therefore pointing to the need of further research to determine the influence of both transport and reactive processes on the observed overall isotope fractionation. While the effect of gasphase diffusion on isotope ratios has been studied in detail, possible effects of aqueous phase diffusion and dispersion have received little attention so far.The goals of this study are to quantify carbon (13C/12C) and, for chlorinated compounds, chlorine (37Cl/35Cl) isotope fractionation during diffusive/dispersive transport of organic contaminants in groundwater and to determine its consequences for source allocation and assessment of reactive processes using isotopes. The proposed research is based on the combination of high-resolution experimental studies, both at the laboratory (i.e. zero-, one- and two-dimensional systems) and at the field scales, and solute transport modeling. The project combines the expertise in the field of contaminant transport with the expertise on isotope methods in contaminant hydrogeology.

Im Projekt OMEI wird ein Ladekonzept für die Elektromobilität mit nachhaltigem Speichersystem realisiert, um das Konzept auf europäische Standorte zu übertragen. Hierzu werden reale Daten erhoben und frei zugänglich gemacht.

Das Projekt "Im Projekt OMEI wird ein Ladekonzept für die Elektromobilität mit nachhaltigem Speichersystem realisiert, um das Konzept auf europäische Standorte zu übertragen. Hierzu werden reale Daten erhoben und frei zugänglich gemacht." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FENECON GmbH durchgeführt. Auf Basis von real erhobenen Energie-, Anwender- und Ladedaten und deren Auswertung wird ein Konzept für den Betrieb regenerativ gespeister, regionale Elektroauto-Lade-Infrastruktur (kurz: ELI) untersucht, um die Mobilitätswende an verkehrsstarken Knotenpunkten in Europa zu ermöglichen. Der Fokus liegt hierbei im Forschungsdatenmanagement und der KI-unterstützten Optimierung intelligenter, nachhaltiger, effizienter und regionaler ELI. Auf Basis von real erhobenen Energie-, Anwender- und Ladedaten und deren Auswertung wird ein Konzept für den Betrieb regenerativ gespeister, regionale Elektro-Ladeinfrastruktur (kurz: ELI) untersucht, um die Mobilitätswende an verkehrsstarken Knotenpunkten in Europa zu ermöglichen. Der Fokus liegt hierbei im Forschungsdatenmanagement und der KI-unterstützten Optimierung intelligenter, nachhaltiger, effizienter und regionaler ELI. Folgende Forschungsfragen werden untersucht: - Welches nachhaltige Energiespeicher-Konzept (Zero-Life bzw. Second-Life-Akkus in Kombination mit einer metallfreien Redox-Flow-Batterie) kann für ELI in Verbindung mit volatilen EE als ökonomisch und ökologisch Quartierspeicher eingesetzt werden? - Wie beeinflusst die erhöhte Zyklenbelastung die Traktionsbatterie im Stationärbetrieb in realer Umgebung? Insbesondere auch im Vergleich mit Simulationen? - Wie muss eine solche Spitzenlastbatterie dimensioniert werden? Zusätzlich zur Klärung der obigen Fragen wird die FENECON zu Planung, Aufbau und Betreuung der Demonstrationsanlagen beitragen und aus der wertvollen Praxiserfahrung weitere Verbesserungen der Hardware, der Software sowie der Planungs- und Dokumentationsunterlagen für das Speichersystem ableiten und umsetzen. Des Weiteren unterstützt die FENECON durch die Bereitstellung aller erforderlichen Systemparameter auf Basis der offenen Energie-Management(kurz: EMS)-Plattform OpenEMS und damit einhergehend Erfahrung mit Open Source Projekten sowie dem Umgang mit großen Datenmengen die Konsortialpartner.

Teilvorhaben: Motor- und Softwareentwicklung

Das Projekt "Teilvorhaben: Motor- und Softwareentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DEUTZ AG durchgeführt. Das FuE-Vorhaben H2-MAM befasst sich mit der Entwicklung eines für die Anwendung geeigneten CO2-freien Antriebsstranges für mobile Arbeitsmaschinen, in dessen Zentrum ein Wasserstoffverbrennungsmotor steht. Bei der Entwicklung des Konzeptes sollen alle antriebsrelevanten Komponenten jeweils eigens für den Wasserstoffverbrenner ausgelegt werden. In dem hier geplanten Vorhaben soll mittels alternativer Energiequellen der CO2-Ausstoß unter 1 g/kWh gesenkt werden, um damit die EU 'Zero Emission' Standards zu erfüllen. Dabei steht das Vorhaben in dem Kontext einer vollständig CO2-neutralen Baustelle, die durch eine Kombination aus batterieelektrischen und H2-Verbrennungsantrieben erreicht werden soll. Wesentliche Herausforderungen bei der Entwicklung eines H2-Brennverfahrens sind die, im Vergleich zum fossilen Kraftstoff, wesentlich niedrigere Selbstentzündungstemperatur bzw. Energie und die extreme Klopfneigung, welche sowohl durch eine Abgasrückführung als aber auch wesentlich durch ein angepasstes Motorenmanagement bzw. Software gemeistert werden soll. Die Herausforderungen im Projekt liegen vor allem in der besonderen Arbeitsumgebung, dem vorhandenen Bauraum für die H2-Speicher und die sehr hohen Drehmomentsprünge. Zur Erreichung der Ziele soll, neben dem H2-Motor, die Entwicklung einer Steuerungssoftware vorangetrieben werden. Des Weiteren werden die Besonderheiten der H2-Verbrennung simuliert und alle sicherheitsrelevanten Fragestellungen bearbeitet. Eine wesentliche Aufgabe in dem Vorhaben ist der Aufbau eines Demonstrators zur Validierung der Tauglichkeit des Konzeptes.

Teilvorhaben: Anwendung und Validierung

Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendung und Validierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von KTEG GmbH durchgeführt. Das Gesamtvorhaben H2-MAM befasst sich mit der Entwicklung eines Wasserstoffverbrennungsmotor für die Anwendung in mobilen Arbeitsmaschinen. KTEG wird als Spezialist für die Entwicklung und technische Umsetzung von CO2-armen Bau- und Arbeitsmaschinen in diesem Projekt für die Entwicklung der Integration des Antriebsstranges sowie die Demonstration auf dem firmeneigenen Testgelände verantwortlich sein. Bei der Entwicklung des Konzeptes sollen alle antriebsrelevanten Schnittstellen für den Wasserstoffverbrenner entwickelt werden. Ebenfalls müssen Konzepte für das Gesamtfahrzeug unter Beachtung von Bauraumerfordernissen und Umgebungsbedingungen entwickelt werden. Im Ergebnis soll der CO2-Ausstoß unter 1 g/kWh gesenkt und damit die EU 'Zero Emission' Standards erfüllt werden. Wesentliche Herausforderungen bei der Entwicklung einer mit Wasserstoffverbrennung betriebenen Arbeitsmaschine wird die vollständige Integration des Antriebskonzepts sein, da sich dieses an den Vorgaben der Maschinenhersteller orientieren muss. Eine Anpassung der Maschinenkonstruktion wird wirtschaftlich nicht umsetzbar sein. Eine wesentliche Aufgabe in dem Vorhaben ist der Aufbau eines Demonstrators zur Validierung der Tauglichkeit des Konzeptes. Hierfür ist bei KTEG geplant, die Arbeitsmaschine unter Realbedingungen auf Herz und Nieren zu testen.

Teilvorhaben: Blockchain-basierter Herkunftsnachweis

Das Projekt "Teilvorhaben: Blockchain-basierter Herkunftsnachweis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BlockInfinity GmbH durchgeführt. Zielstellung des Verbund-Vorhabens ist die Entwicklung einer plattformbasierten IKT-Systemlösung als multi-sided-Serviceplattform für Ladeservices im wohnungswirtschaftlichen Umfeld zur Umsetzung eines automatisierten und skalierbaren Systemansatz für Ladeservices. Zur Reduzierung der Stromkosten des Ladedienstes auf Quartiersebene ist die Idee, die im Quartier erzeugte PV-Energie über die im Quartier installierte Ladeinfrastruktur an Elektrofahrzeugnutzer mit Energie-Herkunftsnachweis zu liefern und darüber hinaus die Ladepunkte der verschiedenen Multi-Charging-Points innerhalb eines Quartiers zu aggregieren und das entstehende Steuerungspotential dem Netzanbieter für eine lokale Netzsteuerung anzubieten. Teilvorhaben: Der Energie-Herkunftsnachweis basiert dabei auf einer an die Smart Metering PKI des BSI - Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik anknüpfenden und auf kryptografischen Verfahren basierenden, manipulationssicheren Ende-zu-Ende Nachweiskette - ausgehend vom Erzeuger (z.B. PV-Anlage) bis zum Verbraucher (z.B. Ladepunkt/Fahrzeug) - für Energiemengen und -eigenschaften (z.B. Lokalität, Primärenergiequelle) für eLadeservices in Quartieren, mit vielfältigen weiteren Einsatzmöglichkeiten in (z.B. Quartiers-Mieterstrom) und außerhalb (z.B. Ökostrom) von Quartieren. Konkret basiert der Energie-Herkunftsnachweis auf einem, auf einer Blockchain ausführbaren, Smart Contract Stack und bedient sich Signatur-Verifizierungsverfahren, Zero-Knowledge-Proofs und homomorpher Verschlüsselung zwecks Sicherstellung der Privatheit, Integrität und Manipulationssicherheit. Darüber hinaus sollen weitere im Quartier vielversprechende und durch Blockchain-Technologie realisierbare elektromobilitätsnahe Anwendungen wie Marktkommunikation für den ladevorgangsscharfen Lieferantenwechsel, Bereitstellung von Flexibilität bei Ladevorgängen, Abrechnung von Ladevorgängen sowie die IT-Unterstützung von Renewable Energy Communities untersucht und evaluiert werden.

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