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Beurteilung des Einsatzes von Recycling-Baustoffen und industriellen Nebenprodukten bei Erdbauwerken mittels Auswertung von Erfahrungen mit ausgeführten Bauprojekten (Region Süd)

In den ZTV E-StB werden die RC-Baustoffe und industriellen Nebenprodukte nur insoweit behandelt, als sie mit natürlichen mineralischen Baustoffen vergleichbar sind. Sofern sie nicht vergleichbar sind, werden gesonderte Untersuchungen erforderlich, die jedoch nicht weiter beschrieben sind. Die Übertragbarkeit der Einbau- und Verdichtungsanforderungen für Boden und Fels ist nicht in jedem Fall gegeben. Da die Palette der vorgenannten Stoffe sehr groß ist, soll im Sinne einer Datensammlung geklärt werden, in welchem Umfang die verschiedenen Stoffe bisher überhaupt bei Erdbauten zur Anwendung gekommen sind, wobei nach den verschiedenen Bauwerkstypen wie Verkehrsdämmen, Hinterfüllungen, Sickeranlagen, Abdichtungen, Bodenverbesserungen, Lärmschutzwällen u. a. zu unterscheiden sein wird (Region Süd). Weiterhin soll geklärt werden, welche Anforderungen in der Praxis an die diversen RC-Baustoffe und industriellen Nebenprodukte bei verschiedenen Bauprojekten gestellt wurden, wie Art und Umfang der Eignungsprüfungen der Baustoffe festgelegt wurden und welche Prüfverfahren bei der Qualitätssicherung in-situ zum Einsatz kamen. Die diesbezüglichen Erfahrungen sind zusammenzutragen und auszuwerten.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung eines rotativen Prägeverfahrens zur Herstellung skalierbarer Bipolarplatten

Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. Matthews wird im Rahmen des Projekts ein Fertigungskonzept für die Herstellung von Bipolarhalbplatten mittels rotativem Prägen entwickeln und valideren.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung eines Inkjet-Druckverfahrens

Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. Der Beitrag der C-marx GmbH besteht in der Entwicklung eines innovativen Verfahrens für das Applizieren der Dichtstruktur für Bipolarplatten (BPP), dass mehr Flexibilität in der Auslegung der Dichtung ermöglicht und bedeutend zeiteffizienter und somit kostensparender im Auftragen der Dichtstruktur als herkömmliche Verfahren ist. Den innovativen Kern bildet dabei die eingesetzte Inkjet-Technologie.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung eines neuartigen Spannkonzept zur Leistungssteigerung eines (Brennstoffzellen) Stacks

Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. HoKon befasst sich in seinen Arbeitspaketen mit der Auslegung, Entwicklung und Fertigung eines geeigneten Verspannsystems für die großflächigen Brennstoffzellen.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung von Beschichtungsverfahren für langlebige hochskalierte BPP

Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. Das Teilvorhaben befasst sich mit der Beschichtung der gefügten BPP, um eine möglichst hohe Lebensdauer zu ermöglichen. Hierfür werden Hochleistungs-Kohlenstoff-Beschichtungen und deren Applikationstechnologie für großflächige BPP entwickelt. Gleichzeitig werden die Beschichtungsprozesse im Hinblick auf industriell taugliche hohe Produktivität weiterentwickelt.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung neuer Simulationsstrategien und Umformverfahren für die Herstellung von skalierbaren Bipolarplatten

Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. Der Beitrag des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung besteht in der Charakterisierung und Modellierung von metallischen Folien mit Blick auf eine möglichst rechenzeiteffiziente numerische Auslegung des Umformprozesses von Bipolarhalbplatten und darauf aufbauend in der Entwicklung eines Umformverfahrens mit reduziertem Presskraftbedarf.

Optimiertes Verhalten von netzbildenden Betriebsmitteln während transienter Vorgänge im zukünftigen Stromnetz, Teilvorhaben: Messtechnische Untersuchung von Fehlerfällen, Aufzeigen von Grenzen und Möglichkeiten von Testeinrichtungen, Anwendung auf Erzeugungseinheiten

Für den transienten Zeitbereich unmittelbar nach Fehlereintritt und -klärung existieren bislang keine klaren Anforderungen an das Verhalten von Erzeugungseinheiten (EZE). Die dort auftretenden Effekte wie beispielsweise Überspannungen und Winkelsprünge können dazu führen, dass diese sich fehlerhaft verhalten oder sogar abschalten. Fokus dieses Vorhabens ist somit die simulative und messtechnische Untersuchung der transienten Vorgänge sowie die Analyse und Optimierung des Verhaltens von stromrichterbasierten Betriebsmitteln, insbesondere bei der netzbildenden Regelung. Die messtechnischen Untersuchungen der transienten Effekte werden mit passiven und aktiven FRT-Testern durchgeführt. Zur Verfügung stehen Nieder- und Mittelspannungs-Tester basierend auf Spannungsteiler, Schwingkreis, Transformator-Zuschaltung und Vollumrichter. Messdatenerfassung finden im Labor und im Freifeld bei unterschiedlichen Kurzschlussleistungen statt. Generische Simulationsmodelle werden erstellt und validiert. Die Möglichkeiten der Testeinrichtungen werden hinsichtlich der neuen Aufgaben bewertet. Das Verhalten von Netzfolgenden und Netzbildenden Erzeugungseinheiten werden untereinander und gegenüber der vorangestellten Erwartungen aus den Netz-Modell-Rechnungen verglichen. Mögliche Einflussfaktoren auf das Verhalten der Erzeugungsanlage durch die Prüfmethode sollen geprüft werden.

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Effiziente Umformung von hoch-qualitativen, skalierten Bipolarplatten mit Flow-Field-Flächen über 1.000 cm²

Aktuell bedienen einzelne Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Um BPP in solchen Größenordnungen herzustellen, müssen technologische und wirtschaftlichen Hürden überwunden werden und die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden. Dies stellt den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' dar. Im Projekt werden hierfür aus der Produktsicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance und -qualität berücksichtigt. Der Beitrag der CellForm Hydrogen GmbH & Co. KG zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung besteht in der Entwicklung eines presskraftreduzierten Umformprozesses für Bipolarhalbplatten und der Fertigung dieser Kernkomponenten mit einer aktiven Fläche von ca. 1.020 cm2.

Ökologische Durchgängigkeit, Standardisierung der Bewertung der Funktionsfähigkeit von Fischaufstiegsanlagen

Für eine Erfolgskontrolle nach dem Neubau von Fischaufstiegsanlagen und zur Klärung des Bedarfs der Verbesserung der Durchgängigkeit an bestehenden Anlagen. Dafür wird aus aktuellen Methoden der Funktionskontrolle ein Konzept entwickelt, welches für die Bundeswasserstraßen geeignet erscheint. Die Methoden werden in Naturmessungen optimiert und das Gesamtkonzept der Funktionskontrolle wird an Pilotstandorten geprüft und weiter verbessert. Am Ende soll eine Handlungsempfehlung für die Durchführung und Auswertung von Funktionskontrollen der Fischaufstiegsanlagen erstellt werden.

Nachwuchsgruppe: Entwicklung einer nachhaltigen Rohstoffbasis für Kultursubstrate im Gartenbau

Das geplante Forschungs- und Entwicklungsprojekt beabsichtigt, an der Hochschule Osnabrück eine Nachwuchsforschungsgruppe aufzubauen und zu etablieren, die sich mit der Entwicklung und Evaluierung von gärtnerischen Kultursubstraten auf der Basis von nachwachsenden heimischen Rohstoffen beschäftigt. Ein promovierter Gartenbauwissenschaftler soll die Gelegenheit erhalten, sich durch Forschungs- und Lehrtätigkeit für eine Berufung als Professor weiter zu qualifizieren. Zwei weitere wissenschaftliche Mitarbeiter/innen mit einem Masterabschluss werden projektbegleitend in Kooperation mit der Universität Osnabrück an einer Promotion im genannten Themenfeld arbeiten. Die Mitglieder des Nachwuchsteams befassen sich im Vorhaben jeweils mit verschiedenen Rohstoff- und Verfahrenskombinationen zur Gewinnung zukunftsfähiger Substratausgangsstoffe. Außerdem spezialisieren sie sich in bestimmten methodischen Kompetenzfeldern und arbeiten daran, analytische Untersuchungsverfahren zur Bewertung von Substratbestandteilen und Substraten weiterzuentwickeln. Zur Reduktion des Torfanteils in Kultursubstraten ist es notwendig, das Anwendungspotenzial alternativer Rohstoffe zu optimieren. Im Fokus der hier geplanten Forschungsarbeiten stehen dabei insbesondere Holzfasern, Grüngutkompost und Rohrkolbenprodukte. Ziel ist es, einerseits die Eigenschaften der Materialien durch verschiedene verfahrenstechnische Ansätze in der Aufbereitung und Herstellung so zu verbessern, dass sie zu einem möglichst hohen Anteil in Substratmischungen genutzt werden können. Darüber hinaus sollen anbautechnische Strategien entwickelt werden, die zur besseren Adaption der Kulturführung in stark torfreduzierten oder torffreien Substraten beitragen und damit die Kultursicherheit erhöhen. Insgesamt dient das Vorhaben der Sicherung und Erweiterung der akademischen Expertise, um neue, nachhaltige Lösungsansätze für die substratgebundene Pflanzenproduktion voranzutreiben und in der gartenbaulichen Praxis umzusetzen.

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