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Teilvorhaben BT: Entwicklung eines TEG mit modularem Wärmetauscherkonzept im Temperaturbereich bis 550 C und optimierten Wärmeübergängen. Bau eines Lokomotiv Demonstrators im 1:1 Lok Masstab

Das Projekt "Teilvorhaben BT: Entwicklung eines TEG mit modularem Wärmetauscherkonzept im Temperaturbereich bis 550 C und optimierten Wärmeübergängen. Bau eines Lokomotiv Demonstrators im 1:1 Lok Masstab" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bombardier Transportation GmbH, Niederlassung Kassel durchgeführt. Projektziel ist die Entwicklung eines thermoelektrischen Generators (TEG) aus umwelt-freundlichen Silizid-TE-Chips kombiniert mit einer vorhandenen Bi2Te3-Dünnschichttechnologie für den Einsatz in dieselelektrischen Lokomotiven. Durch die Kombination dieser beiden TE-Materialien wird die Anwendungstemperatur bis 550 C erhöht (bisher 250 C) und eine Steigerung der TEG-Effizienz bis größer als über gleich zu 10 Prozent ermöglicht. Die Geometrie der thermoelektrischen Module (TEM), der Wärmetauscher sowie der Wärmeübergang zwischen Abgas und Wärmetauscher werden durch Berechnungen optimiert, so dass hohe Wirkungsgrade erreichbar werden. Zur Einschätzung der Verbrauchseinsparungen und Kosten-Nutzen-Analyse wird die Systemeffizienz im realen Betrieb beurteilt. Erste Energiesimulationen zeigen, dass mittels Abwärmenutzung mit TEG bis zu 3 Prozent Diesel eingespart werden können. Dies entspricht bei einem jährlichen Verbrauch von 540.000 Liter Dieselkraftstoff pro Lokomotive einer Einsparung von 16.200 Liter (EUR 21.708). Damit werden pro Lokomotive jährliche Emissionen von ca. 42,5 t CO2 vermieden. Diese Werte können durch Effizienzsteigerung der TEG weiter verbessert werden. Mittels Einsatz von Dünnschichten wird der Materialverbrauch (bis zu 10x) gegenüber konventionellen TEG verringert, die Materialkosten und Gewicht reduziert. In folgenden Arbeitspaketen ist Bombardier führend oder beteiligt: - AP Federführung im Konsortium - AP 0 Erstellung Lastenheft - AP 3 Entwicklung und Bau eines innovativen TEG Lok- Demonstrators - AP 5 Entwicklung modulares Abgaswärmetauscher Konzept - AP 6 Integration des Thermogenerators in das Gesamtsystem - AP 7 Mechanische Charakterisierung des Abgaswärmetauscher - AP10 Bestimmung und Beurteilung der Effizienz des Gesamtsystems.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Im Allgemeinen gehen ca. 65% der Primärenergie als Abwärme verloren. Durch Abwärmenutzung mittels Thermogeneratoren (TEG) aus nicht-toxischen Mg- und Mn-Siliziden ist eine Reduzierung der CO2-Emissionen und Steigerung der Energieeffizienz möglich. O-Flexx ersetzt den konventionellen TEG-Ansatz durch einen Dünnschicht-TEG: eine Silizidscheibe wird auf einer Metallfolie (Dicke 0,5 und 0,12 mm) aufgebaut und zu 5x5x0,5 mm3 vereinzelt mit einem Spalt (0,4 mm) auf der Metallseite. Der TE-Chip wird auf einen wärmeleitenden Träger aufgesetzt und an den heißen bzw. kalten-Flächen angebunden. Diese Technologie ist für die Herstellung von Bi2Te3-TE-Chips bei O-Flexx vorhanden und wird für Silizid-Chips erweitert. Die Vorteile gegenüber konventionellen TEG sind: bis 10-fache Masse- und Materialeinsparung, anpassbarer thermischer Widerstand, Steigerung des verfügbaren deltaT und automatisierte Fertigung in einer verfügbaren Produktionslinie. AP1 Erstellung Lastenheft AP2 Festlegung Kontaktmaterials für die Vorkontaktierung AP3 SPS-Kontaktierung und Entwicklung eines Lotprozesses AP4 Herstellung von TE-Chips im Labor-Maßstab AP5 Up-Scaling der Herstellung dünner TE-Scheiben und deren Kontaktierung AP6 Up-ScalingScaling der Herstellung TE-Chips AP7 Oxidationsschutz der TE-Materialien AP10 Charakterisierung der 'Power Cell'.

Teilvorhaben: FhG - Materialentwicklung und -herstellung

Das Projekt "Teilvorhaben: FhG - Materialentwicklung und -herstellung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Projektziel ist die Entwicklung eines thermoelektrischen Generators (TEG) aus umweltfreundlichen Silizid-TE-Chips kombiniert mit einer vorhandenen Bi2Te3-Dünnschichttechnologie für den Einsatz in dieselelektrischen Lokomotiven. Durch die Kombination dieser beiden TE-Materialien wird die Anwendungstemperatur bis 550 C erhöht (bisher 250 C) und eine Steigerung der TEG-Effizienz bis größer als über gleich zu 10 Prozent ermöglicht. Die Geometrie der thermoelektrischen Module (TEM), der Wärmetauscher sowie der Wärmeübergang zwischen Abgas und Wärmetauscher werden durch Berechnungen optimiert, so dass hohe Wirkungsgrade erreichbar werden. Zur Einschätzung der Verbrauchseinsparungen und Kosten-Nutzen-Analyse wird die Systemeffizienz im realen Betrieb beurteilt. Erste Energiesimulationen zeigen, dass mittels Abwärmenutzung mit TEG bis zu 3 Prozent Diesel eingespart werden können. Dies entspricht bei einem jährlichen Verbrauch von 540.000 Liter Dieselkraftstoff pro Lokomotive einer Einsparung von 16.200 Liter (EUR 21.708). Damit werden pro Lokomotive jährliche Emissionen von ca. 42,5 t CO2 vermieden. Diese Werte können durch Effizienzsteigerung der TEG weiter verbessert werden. Mittels Einsatz von Dünnschichten wird der Materialverbrauch (bis zu 10x) gegenüber konventionellen TEG verringert, die Materialkosten und Gewicht reduziert. Das Projekt ist in folgende Arbeitspakete gegliedert: AP0 Erstellung Lastenheft AP1 Herstellung Silizid-Materialien AP2 Konfektionierung TE-Chips AP4 Entwicklung Oxidationsschutz AP7 Mechanische Charakterisierung Abgaswärmetauscher AP8 Up-Scaling von Straps/Modulen AP9 Labor-thermoelektrische Charakterisierung TEG.

Teilvorhaben: TU Dresden - Systemsimulation und -optimierung, Kraftstoffverbrauchsberechnung

Das Projekt "Teilvorhaben: TU Dresden - Systemsimulation und -optimierung, Kraftstoffverbrauchsberechnung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Festkörpermechanik, Professur für Dynamik und Mechanismentechnik durchgeführt. Das Ziel von 'heat4efficiency' ist, einen thermoelektrischen Generator (TEG) aus umweltfreundlichen Silizid-TE-Chips kombiniert mit einer vorhandenen Bi2Te3-Dünnschichttechnologie für den Einsatz in dieselelektrischen Lokomotiven zu entwickeln. Durch die Kombination dieser beiden TE-Materialien wird die Anwendungstemperatur bis 550 °C erhöht (bisher 250 °C) und eine Steigerung der TEG-Effizienz bis größer als 10 % ermöglicht. Die Geometrie der thermoelektrischen Module (TEM), der Wärmetauscher sowie der Wärmeübergang zwischen Abgas und Wärmetauscher werden durch Berechnungen optimiert, sodass hohe Wirkungsgrade erreichbar werden. Zur Einschätzung der Verbrauchseinsparungen und Kosten-Nutzen-Analyse wird die Systemeffizienz im realen Betrieb beurteilt. Erste Energiesimulationen zeigen, dass mittels Abwärmenutzung mit TEG bis zu 3 % Dieselkraftstoff eingespart werden können. Am Ende des Projektes soll ein 1:1-Demonstrator stehen, aus dem Erkenntnisse für eine spätere Serienfertigung gewonnen werden können. Weiterhin werden Untersuchungen zur Modularisierung des TEG gemacht, um verschiedene Anwendungsfälle perspektivisch abdecken zu können.

MAGMAN - Entwicklung thermoelektrischer Hochtemperaturmodule auf Basis der Silizide von Magnesium und Mangan mit neuen produktionstauglichen Verfahren

Das Projekt "MAGMAN - Entwicklung thermoelektrischer Hochtemperaturmodule auf Basis der Silizide von Magnesium und Mangan mit neuen produktionstauglichen Verfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung von thermoelektrischen Modulen für die Erzeugung elektrischen Stromes aus Temperaturunterschieden im Bereich zwischen ca. 700 C und 250 C auf der Basis von n-Mg2Si1-xSnx und p-MnSi1.73-x. Die Auswahl fußt auf den bereits bekannten guten thermoelektrischen Eigenschaften, darauf, dass in der Literatur bereits prototypische Module beschrieben sind und auf der vorhandenen Erfahrung der Antragsteller mit Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffsysteme. Das System ist von besonderer technologischer Relevanz, da es mit der bereits vorhandenen Technologie auf Basis von (Bi,Sb)2(Te,Se)3 kombiniert werden kann, was den nutzbaren Temperaturgradienten vergrößert und den Wirkungsgrad erhöht. Die Zielstellung erfordert ein strukturiertes Vorgehen in enger Zusammenarbeit mit dem Industriebeirat. Arbeitspakete: AP 1: Erstellung Lastenheft; AP 2: Herstellung von Werkstoffpulvern und systematische Optimierung der Legierungszusammensetzung; AP 3: Materialcharakterisierung / Optimierung durch Wärmebehandlung; AP 4: Verfahrens- und Werkzeugoptimierung des Spark Plasma Sinterns; AP 5: Entwicklung geeigneter Aufbau- und Verbindungstechnik. Meilensteine: M1: Die Synthesen von n-Mg2Si1-xSnx und p-MnSi1.73-x in für thermoelektrische Module geeigneter Qualität (nach 6 Monaten Projektlaufzeit) M2: Die einzelnen Verfahren für die Herstellung von n- und p-Segmenten vorhanden (nach 9 Monaten) M3: Die Gesamtabfolge der Verfahren zur Herstellung von Segmenten als Gesamtprozess steht (nach 12 Monaten) M4: Die Entwicklung ohmscher Kontakte erfolgreich, Materialqualität auf mind. 75 Prozent ZT der Literaturwerte (nach 15 Monaten) M5: Entwicklung der Modultechnologie (AVT) unter Berücksichtigung der chemischen Empfindlichkeit der Materialien (Feuchte, Säuren) (nach 18 Monaten)

MAGMAN - Entwicklung thermoelektrischer Hochtemperaturmodule auf Basis der Silizide von Magnesium und Mangan mit neuen produktionstauglichen Verfahren

Das Projekt "MAGMAN - Entwicklung thermoelektrischer Hochtemperaturmodule auf Basis der Silizide von Magnesium und Mangan mit neuen produktionstauglichen Verfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik durchgeführt. Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung von thermoelektrischen Modulen für die Erzeugung elektrischen Stromes aus Temperaturunterschieden im Bereich zwischen ca. 700 C und 250 C auf der Basis von Siliziden. Dazu müssen in diesem Projekt die thermoelektrischen Materialien, die Kontakttechnologie und die Aufbau- und Verbindungstechnologie entwickelt werden. Mit der Expertise des IFAM werden die thermoelektrischen Materialien entwickelt. Basierend auf den Erfahrungen der Modulentwicklung des IPM wird die Kontaktierungstechnologie und die Aufbau- und Verbindungstechnik von thermoelektrischen Silizid-Modulen entwickelt.

Heterostrukturen auf Si-Basis fuer Duennschichtsolarzellen

Das Projekt "Heterostrukturen auf Si-Basis fuer Duennschichtsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hahn-Meitner-Institut Berlin GmbH, Institutsteil Berlin-Adlershof, Bereich A Angewandte Physik, Abteilung Photovoltaik durchgeführt. Das Projekt hat zum Ziel, photovoltaische Duennschichtsolarzellen auf Si-Basis herzustellen und zu untersuchen. Es soll erkundet werden, ob der Einsatz von Heterouebergaengen mit Siliziumverbindungen gegenueber der reinen Si-Zelle Vorteile bringt. Schwerpunkte der Arbeiten werden die Erprobung und Optimierung von technologischen Verfahren sowie von Materialkombinationen sein, die im Vergleich zu einkristallinen Si-Solarzelle eine Reduzierung der Herstellungskosten erwarten lassen, gleichzeitig aber einen Wirkungsgrad von groesser als 10 v.H. und eine genuegend hohe Langzeitstabilitaet gewaehrleisten. Fuer die zu realisierenden Schichtsysteme sind folgende Materialien vorgesehen: Mikrometer-Si, A-Si, M-SIC, SIOXNY, SIPOS, SIXGEY und SILIZIDE. Die Schichtabscheidung wird (neben der PVD) vor allem mit einer modernen Anlagenkonzeption der CVD erfolgen. Besondere Aufmerksamkeit soll ferner der Anwendung von Niedertemperaturverfahren (anodische Oxydation)zur Oberflaechenpassivierung gewidmet werden.

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