Das Projekt "Hier Teilantrag MPI Stuttgart zu ProtOMem Dachantrag IEK-1 Jülich" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Festkörperforschung durchgeführt. Im ProtOMem-Projekt werden Membranen zweier Materialklassen (Perowskite, Fluorite) entwickelt, welche eine hohe Relevanz für die 'Energiewende' besitzen: (i) protonenleitende Elektrolyte für keramische protonenleitende Brennstoffzellen bei mittleren Einsatztemperaturen; (ii) protonisch-elektronisch mischleitende wasserstoffpermeable Membranen zur Anwendung in Wasser-Gas-Shift-Reaktoren. Die Leistungsfähigkeit beider Komponenten beruht auf den materialspezifischen Transporteigenschaften der Membranen (ionische und/oder elektronische Leitfähigkeit). Neben den intrinsischen Eigenschaften der Materialien ist die Herstellung von gasdichten 5-20 Mikrometer dicken Membranen mit optimierter Mikrostruktur auf porösen Trägern erforderlich, die mechanische Stabilität und ausreichenden Gastransport gewährleisten. Ziel des Projektes ist es, die Protonen- und Wasserstofftransporteigenschaften der Membran deutlich zu verbessern. Dafür ist ein besseres Verständnis der La28-xW4+x054+delta Defektchemie, Leitfähigkeit und Korngrenzeigenschaften erforderlich. Für Ba(Zr, Ce, Y)O3-d ist das Verständnis (mikro- strukturelle Charakterisierung, inkl. Untersuchung der lokalen Bindungseigenschaften) und die anschließende Modifikation der Korngrenzstruktur entscheidend. Diese grundlegenden Untersuchungen werden mit Herstellung und Tests der Membranen unter anwendungsnahen Bedingungen kombiniert, die wesentlicher Teil des Projekts sind. Für beide Materialklassen ist die Entwicklung großflächiger Membranen mit hervorragenden Transporteigenschaften im Fokus, um die Energieumwandlung effizient und kostengünstig zu realisieren. Flächenwiderstände von 0.1 Ohmcm2 bei 700 °C für einen Ba(Zr, Ce, Y)O3-d-Elektrolyten und ein Wasserstofffluss von 1-2 ml/min-cm2) bei 700 °C für La28- xW4+x054+delta werden angestrebt. Die Zielgrößen für die Komponenten liegen für beide Materialklassen bei 10x10 cm2, welche der realen kommerziellen Anwendungsgröße von Brennstoffzellen und Membranreaktoren nahekommt.
Das Projekt "Teilvorhaben: DLR" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Solarforschung (SF), Standort Köln durchgeführt. Das Projekt PERFECTION basiert auf der Nutzung spezieller Materialeigenschaften zur Anwendung in mit konzentrierter Solarenergie (CSP) betriebenen Energiewandlungs- und Speicherprozessen. In CSP-Systemen werden Spiegel verwendet, um die Sonnenstrahlung zu konzentrieren, so dass sie als Wärmeenergie nutzbar wird. Die so gewonnene Wärmeenergie kann dann bei hoher Temperatur in chemische Energie umgewandelt werden. Dadurch werden 'solaren Brennstoffe' erzeugt: Wasserstoff und/oder Synthesegas. Das Ziel des Vorhabens ist es, Mischoxide mit der Perowskitstruktur und der allgemeinen Zusammensetzung ABO3 für solarthermische Brennstofferzeugungs- und Speicherprozessen zu entwickeln und zu verwenden und dabei Gemeinsamkeiten zwischen den Materialanforderungen dieser verschiedenen Prozesse auszunutzen.
Das Projekt "Perowskitkatalysatoren fuer die Zersetzung von Lachgas" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von inocermic Gesellschaft für innovative Keramik mbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens war es, edelmetallfreie Katalysatoren auf der Basis von Perowskiten der allgemeinen Formel ABO3 zu entwickeln, die bei verhaeltnismaessig niedrigen Temperaturen den Schadstoff N2O katalytisch in N2 und O2 zu zersetzen. Ausgehend von LaCoO3 wurden Katalysatoren entwickelt, die eine vollstaendige Zersetzung von N2O bis ca. 400 Grad Celsius ermoeglichen und bis 800 Grad Celsius einsetzbar sind. Als Aktivkomponente wurde eine keramische Matrix eingearbeitet und als Schuettgut (Pellets) und in Wabenform extrudiert. Die Katalysatoren arbeiten auch in Gegenwart von H2O und SO2 sowie bei schwankenden O2-Gehalten und koennen zusaetzlich Kohlenwasserstoffe zersetzen. Potentielle Einsatzgebiete sind Anlagen zur Abgasreinigung bei der Nylonsynthese sowie in Wirbelschichtfeuerungen.
Das Projekt "Katalytische Entstickung magerer Abgase instationaerer Motoren durch azide Komposits zwischen Perowskiten und festen Saeuren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Die Azidität eines Katalysators ist ein entscheidender Faktor für seine katalytische Aktivität bei der Entstickung von Motorabgasen in sauerstoffreicher Atmosphäre. Dies belegen die in vorangehenden Arbeiten des Antragstellers erzielten Ergebnisse für Komposits zwischen Perowskiten und festen Säuren. Im vorliegenden Projekt wird unter Ausnutzung der Korrelation zwischen Azidität und Aktivität eine neue Generation von NOx-Katalysatoren entwickelt, bei denen die Aziditätssteigerung durch Dotierung mit aziden Anionen ausgenutzt wird. In einer Laborversuchsanlage wird der NOx-Umsatz in Abhängigkeit von Temperatur, Testgaszusammensetzung und Raumgeschwindigkeit ermittelt. Untersucht wird die Wirkung des Katalysators bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) sowie der katalytischen Spaltung (CD) von NOx in sauerstoffreicher Atmosphäre. Es soll das Ziel sein, ein Verfahren zur Entstickung von instationär betriebenen Diesel und mageren Ottomotoren zu entwickeln.
Das Projekt "Innovative multifunktionale Schichtsysteme für hocheffiziente Gasturbinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll sowohl für stationäre Gasturbinen als auch für Flugtriebwerke eine Steigerung der Leistung und des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Verringerung der Schadstoffemissionen erreicht werden. Das Ziel ist deshalb die Entwicklung und Einsatzdemonstration von stabilen Wärmedämmschicht (WDS) - Systemen für den Einsatz bei Temperaturen oberhalb 1350 Grad Celsius. Zum Erfolg dieses Vorhabens sollen insbesondere neue Keramikmaterialien auf der Basis von Aluminaten, Perowskit- und Pyrochlorphasen beitragen, die in ihren Hochtemperatureigenschaften das bisher verwendete teilstabilisierte Zirkonoxid übertreffen. Entscheidend ist hierbei, dass innerhalb der Arbeiten der Fokus nicht nur auf die Optimierung einer einzelnen Materialeigenschaft gelegt wird, sondern dass das komplexe Materialverhalten, welches über die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer eines WDS-Systems entscheidet, untersucht und gezielt verbessert wird. Hierbei spielt z. B. die Strukturierung der Grenzfläche eine wichtige Rolle, weshalb neue Materialansätze und Technologien, wie der Siebdruck, untersucht werden sollen. Die Optimierungen des Verbundsystems werden im Rahmen des Projektes durch Prozesssimulationen und statistische Versuchsplanung unterstützt. Es werden innovative Ansätze für genanntes Beschichtungskonzept aufgezeigt, die die vielfältigen Anforderungen an die Beschichtungen in hocheffizienten Hochleistungsturbinen der nächsten Generation erfüllen können. Durch die im Projekt gewonnenen materialwissenschaftliche Erkenntnisse ist die Durchführung weiterführender Vorhaben in der Grundlagen- und angewandten Forschung möglich, so dass das erworbene Wissen über die neuen keramischen Schichten, aber auch die Kenntnisse bezüglich Methodiken und Materialtests sinnvoll genutzt werden können. Die Zusammenarbeit mit der Industrie ermöglicht die Fokussierung der Forschung auf anwendungsrelevante Aufgabenstellungen sowie Bauteil- und Maschinentests mit den neu entwickelten Werkstoffen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Industrieller Kobedampfungsprozess" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz CIGS Technology GmbH durchgeführt. Zentrales Thema der Forschungsarbeiten ist die Verkürzung der CIGS-Depositionszeit mit dem Ziel die Wettbewerbsfähigkeit der CIGS-Dünnschichttechnologie zu erhalten und zu steigern. Dies wird unterstützt durch die computerbasierte Beschreibung wichtiger Teilprozesse wie Diffusion, Kristallbildung, Wachstumskinetik, Gleichgewichtszustände, Alkali-Austausch, Alkali-Einbau ins Gitter, etc. Parallel dazu erfolgt die experimentelle Umsetzung in einer eigens für schnelle Abscheideprozesse optimierten Pilotanlage. Durch aufwändige analytische Verfahren und Untersuchungen werden Teilprozesse und Effekte des schnellen Wachstums und des Alkali-Einbaus detailliert erforscht. Hinzu kommen Beiträge zur Auswahl und zur experimentellen Verifizierung eines p-Verbindungshalbleiters zur Vorbereitung der monolithischen Tandem-Verschaltung (z. B. Chalkopyrit/Perovskit).
Das Projekt "Innovative multifunktionale Schichtsysteme für hocheffiziente Gasturbinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG durchgeführt. 1. Vorhabenziel WING-Programm: Die heute in Gasturbinen verwendeten Wärmedämmschichten (WDS) weisen zu geringe Standzeiten insbesondere bei zyklischer Belastung auf und besitzen gegenüber neuen Materialansätzen für WDS eine vergleichsweise niedrige Einsatztemperatur. Aufbauend auf dem Stand der Technik und den bisherigen Forschungsergebnissen sollen neuartige Multilagen-WDS entwickelt werden, die zuverlässig sowohl für hohe zyklische Belastungen als auch für höhere Gastemperaturen einsetzbar sind. Der Einsatz von diesen neuen WDS in Kombination mit verbessertem Kühlmanagement ermöglicht durch Reduzierung der Verluste und durch Steigerung der Turbineneintrittstemperatur eine Reduzierung des Verbrauchs und damit der CO2-Emissionen. 2. Arbeitplanung Entwicklung neuer Keramikmaterialien auf der Basis von Aluminaten, Perowskit- und Pyrochlorphasen. Entwicklung neuer Materialansätze und Technologien zur Strukturierung der Substratanbindung. Entwicklung von Verbundsystemen. Testen und Charakterisieren der Systemlösungen, Optimierung des Verbundsystems durch Prozesssimulation und statistische Versuchsführung. Auswahl von den zwei aussichtsreichsten Systemen und Validierung der Neuentwicklungen mit realitätsnahen Modellbauteilen sowie Vergleich mit dem derzeitigen Stand der Technik.
Das Projekt "ProtOMem: Entwicklung von protonenleitenden Membranen mit optimierte Mikrostruktur und verbesserten Transporteigenschaften für Energie- und Wasserstoffseparationsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Im Projekt ProtOMem werden Membranen zweier Materialklassen (Perowskite und Fluorite) entwickelt, welche eine hohe Relevanz für die 'Energiewende' besitzen: (i) Elektrolyte für keramische protonenleitende Brennstoffzellen bei mittleren Einsatztemperaturen und (ii) protonisch-elektronisch mischleitende wasserstoffpermeable Membranen für die Anwendung in Wasser-Gas-Shift Reaktoren. Die Leistungsdaten dieser beiden Komponenten beruhen auf den spezifischen Transporteigenschaften der Membranen (ionische und/oder elektronische Leitfähigkeit). Neben den intrinsischen Eigenschaften der Materialien ist die Herstellung von Membranen mit optimierter Mikrostruktur (Dicke 5-20 Mikro m, gasdicht) auf einem porösen Träger erforderlich. Dieser muss dabei die mechanische Stabilität aber auch einen ausreichenden Gastransport gewährleisten. Ziel des Projektes ist es die Wasserstofftransporteigenschaften der Membran deutlich zu verbessern. Um dies zu erreichen, ist ein besseres Verständnis der La28-xW4+xO54+d Defektchemie und der Korngrenzeneigenschaften bzw. Leitfähigkeit erforderlich. Für Ba(Zr,Ce,Y)O3-d ist das Verständnis und die anschließende Modifikation der Korngrenzenstruktur, sowie eine detaillierte mikrostrukturelle Charakterisierung von hoher Relevanz, inklusive Information zu den chemischen Bindungseigenschaften. Neben diesen grundlegenden Untersuchungen sind anwendungsorientierte Herstellung und Tests der Membranen geplant. Für beide Materialklassen steht die Entwicklung von großflächigen Membranen mit exzellenten Transporteigenschaften im Fokus, um die Energieumwandlung effizient und kostengünstig zu realisieren. (Text gekürzt).
Das Projekt "Vakuumprozessierte Dünnschichtsolarzellen im Verbundprojekt 'PeroSol' (Halogenid-Perowskite als neuartige Absorber für Hochleistungs-Dünnschichtsolarzellen)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Material- und Geowissenschaften, Bereich Materialwissenschaft, Fachgebiet Oberflächenforschung durchgeführt. In diesem Teilprojekt sollen die erwarteten Vorteile von Dünnschichtsolarzellen für eine kostengünstige und hocheffiziente Photovoltaik durch eine neue Klasse von Absorbermaterialien auf Basis von halogenhaltigen Perowskiten realisiert werden. Durch interaktive Verknüpfung der beteiligten Arbeitsgruppen werden ein umfassendes Verständnis der spezifischen materialwissenschaftlichen Grundlagen und photovoltaisch relevanten physikalischen Eigenschaften, die erfolgreiche Synthese alternativer nachhaltiger Perowskite sowie eine skalierbare Prozessierung angestrebt. Ausgehend vom Standardabsorber CH3NH3PbI3 liegen die Schwerpunkte bei der Synthese auf der Substitution des Pb durch umweltverträgliche Alternativen wie Sn, sowie auf der Variation der Halogene zur Skalierung der Energielücke, auch im Hinblick auf Dritte-Generation-Multijunction-Zellen. Die Deposition von Bauteilstrukturen soll durch eine spezielle, von der CdTe-Dünnschichtphotovoltaik abgeleitete 'closed space'-Vakuumdeposition erfolgen. Die chemische und elektronische Charakterisierung der Perowskite und ihrer Grenzflächen erfolgt in diesem Teilprojekt mittels Photoelektronenspektroskopie. Die photovoltaischen Eigenschaften der Bauteile werden klassisch durch IV-Kennlinien und Quanteneffizienzmessungen ermittelt.
Das Projekt "ProtOMem: Entwicklung von protonenleitenden Membranen mit optimierte Mikrostruktur und verbesserten Transporteigenschaften für Energie- und Wasserstoffseparationsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie durchgeführt. Im Projekt ProtOMem werden Membranen zweier Materialklassen (Perowskite und Fluorite) entwickelt, welche eine hohe Relevanz für die 'Energiewende' besitzen: (i) Elektrolyte für keramische protonenleitende Brennstoffzellen bei mittleren Einsatztemperaturen und (ii) protonisch-elektronisch mischleitende wasserstoffpermeable Membranen für die Anwendung in Wasser-Gas-Shift Reaktoren. Die Leistungsdaten dieser beiden Komponenten beruhen auf den spezifischen Transporteigenschaften der Membranen (ionische und/oder elektronische Leitfähigkeit). Neben den intrinsischen Eigenschaften der Materialien ist die Herstellung von Membranen mit optimierter Mikrostruktur (Dicke 5-20 Mikro m, gasdicht) auf einem porösen Träger erforderlich. Dieser muss dabei die mechanische Stabilität aber auch einen ausreichenden Gastransport gewährleisten. Ziel des Projektes ist es die Wasserstofftransporteigenschaften der Membran deutlich zu verbessern. Die geplanten Arbeiten zielen auf ein besseres Verständnis der La28-xW4+xO54+d Defektchemie und der Korngrenzeneigenschaften bzw. Leitfähigkeit. Für Ba(Zr,Ce,Y)O3-d ist das Verständnis und die anschließende Modifikation der Korngrenzenstruktur, sowie eine detaillierte mikrostrukturelle Charakterisierung von hoher Relevanz, i.
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