Das Teilprojekt beschäftigt sich mit der Konzeptionierung, der Entwicklung und dem Aufbau einer unter Atmosphärendruck arbeitenden Plasmaanlage zur Reinigung und Beschichtung von Glas- und Kohlenstofffasergelegen sowie der Entwicklung einer geeigneten Haftvermittlerschicht zur späteren erneuten Einbindung der Faser in eine Duromerharz-Matrix. Ziel ist es, die mit Hilfe der Pyrolyse (thermisch und Mikrowelle) freigelegten Fasergelege mit der inlinefähigen Plasmatechnik ohne Beschädigung der Fasern zu reinigen, zu aktivieren und anschließend zu beschichten, damit eine Wiederverwendung der Fasergelege mit einer sehr guten Faser/Matrixhaftung ermöglicht wird. Dazu wird ein zweistufiges Verfahren bestehend aus Plasmareinigung mit anschließender Plasmabeschichtung untersucht und eine geeignete Plasmaanlage aufgebaut und an die Anforderungen des Prozesses angepasst. Im ersten Schritt wird die Oberfläche von Restkontaminationen befreit und aktiviert und im zweiten Schritt wird eine haftvermittelnde plasmapolymere Schicht unter Eingabe von Präkursoren (chemischen Zusatzstoffen) in das Plasma auf den Fasergelegen abgeschieden. Die zu verwendende Anlagentechnik, bestehend aus Plasmagenerator, Transformator und Plasmaerzeuger wird in diversen Iterationsschleifen weiterentwickelt. Die umweltfreundliche Technik wird ausschließlich mit elektrischer Energie und Luft oder ggf. Stickstoff als Prozessgas betrieben. Die Beschichtung erfolgt trockenchemisch, lösungsmittelfrei und damit besonders umweltschonend unter Verwendung geringster Präkursormengen.
Die Senkung der Treibhausgasemissionen und Ressourcenschonung bei gleichzeitiger Deckung des steigenden Energiebedarfs sind von nationaler und internationaler Relevanz. Wegen seiner Eigenschaften wird grüner Wasserstoff (H2) als Energieträger dabei immer gefragter (hoher Brennwert, keine Treibhausgasemissionen). Um Wasserstoff zeitnah als nachhaltige Energiequelle mit vertretbaren Kosten zu verankern, sind innovative Konzepte gefragt. Wasserstoffträger, wie Ammoniak (NH3), bieten hierfür ein erhebliches Potenzial. Ammoniak weist neben einer hohen Wasserstoff-dichte (18 % Wasserstoffmasseanteil) auch eine höhere volumetrische Energiedichte als H2 auf, ist schwer entflammbar und kann über etablierte Infrastrukturen bereits jetzt unproblematisch transportiert und gespeichert werden. Der Transport ist verflüssigt bei -33 °C oder 8 bar im Vergleich zu H2 einfacher und sicherer sowie über weite Strecken kostengünstiger (Transport per Schiff: flüssiges NH3: 1,09 $/GJ, flüssiges H2: 3,24 $/GJ, Berechnungsgrundlage Distanz: 12.000 km). Die Rückwandlung von NH3 zu H2 im Energiesektor ist noch nicht großtechnisch etabliert und erfolgt bisweilen über ein thermisch-katalytisches Verfahren zur NH3-Spaltung (Cracking) v. a. im Bereich der Schutzgaserzeugung. Erste großtechnische Umsetzungen im Energiebereich wurden erst kürzlich von namhaften Firmen (Thyssenkrupp, Air Liquide) angekündigt. Nachteil der Cracking-Verfahren ist der noch hohe Energiebedarf (Wärme) und der Bedarf teurer Katalysatoren. Im skizzierten Projekt 'HydrAPlas' wird daher ein innovatives System auf Basis der einfach skalierbaren und bereits massenfertigungstauglichen Mehrlagenkeramik-technologie zur NH3-Spaltung durch kaltes Plasma entwickelt. Das keramische Plasmasystem soll, im Vergleich zum benannten Cracking-Verfahren, eine energie-effizientere, nachhaltige Technologie zur NH3-Spaltung darstellen.
Die Senkung der Treibhausgasemissionen und Ressourcenschonung bei gleichzeitiger Deckung des steigenden Energiebedarfs sind von nationaler und internationaler Relevanz. Wegen seiner Eigenschaften wird grüner Wasserstoff (H2) als Energieträger dabei immer gefragter (hoher Brennwert, keine Treibhausgasemissionen). Um Wasserstoff zeitnah als nachhaltige Energiequelle mit vertretbaren Kosten zu verankern, sind innovative Konzepte gefragt. Wasserstoff-träger, wie Ammoniak (NH3), bieten hierfür ein erhebliches Potenzial. Im skizzierten Projekt 'HydrAPlas' wird daher ein innovatives System auf Basis der einfach skalierbaren und bereits massenfertigungstauglichen Mehrlagenkeramiktechnologie zur NH3-Spaltung durch kaltes Plasma entwickelt. Das keramische Plasmasystem soll, im Vergleich zu bekannten Cracking-Verfahren, eine energieeffizientere, nachhaltige Technologie zur NH3-Spaltung darstellen. Die VIA electronic GmbH (VIA) ist in der Entwicklung und Fertigung von keramikbasierten Mehrlagenschaltungen sowie im Keramik-Packaging tätig. Im Projekt HydAPlas wird VIA die Herstellung des Plasmareaktors gemeinsam mit den Partnern entwickeln. Dabei wird VIA insbesondere bei dem Schwerpunkt Plasmasystem mit der Entwicklung keramischer Zellen für die Plasmageneration mitwirken und verfolgt folgende konkrete wissenschaftliche und technische Teilvorhabensziele: - Qualifikation und Evaluation der für das Vorhaben geeigneter LTCC-Materialsysteme (z. B. kommerziell verfügbare Materialien wie Micromax 951 oder 9k7, beides von Celanese, oder Materialien anderer Hersteller), - Erweiterung der Expertise zur Fertigung strukturierter LTCC, Optimierung der LTCC-Strukturierung für die Herstellung einer Plasmazelle (Größenordnung der Kanäle von Mikrometern bis hin zu Millimetern), hierbei stellt das Fügen von LTCC mit Kavitäten und Kanälen eine besondere technische Herausforderung dar.
Gesamtziel des Vorhabens Verbesserung der Transportfähigkeit von Wasserstoff durch kostengünstige und energieeffiziente Rückwandlung von Ammoniak als Wasserstoffträger am Verwendungsort. GBS Elektronik wird insbes. zur Erreichung der Gesamt-Projektziele des Schwerpunkts Plasmasystem beitragen. Dabei wird GBS bei der Auslegung der keramischen Plasmazelle bzgl. der kapazitiven Anpassung an eine HV-Anlage mitwirken sowie die gesamte HV-Anlage zur Erzeugung einer stabilen dielektrischen Barriereentladung in einem keramischen Plasmasystem inkl. aller nötigen Schnittstellen auslegen, designen und fertigen. Für den sicheren Betrieb des Plasmasystems unterstützt GBS weiterhin bei der Ermittlung und Festlegung von Betriebsparametern der HV-Anlage sowie bei der Bewertung des Systems.
Im Rahmen dieses Projekts wird eine spektroskopische In-situ-Plasmamonitoring-Technologie für die Ammoniakzerlegung entwickelt, um Möglichkeiten der Prozessoptimierung und Prozessüberwachung zu erarbeiten.