Buntfuß-Sturmschwalben Oceanites oceanicus sind die kleinsten endothermen Tiere, die in der Antarktis brüten. Durch ihre geringe Körpergröße und die daher eingeschränkte Möglichkeit Energie zu speichern, brauchen Buntfuß-Sturmschwalben effiziente Strategien um mit vorhersehbaren aber auch mit unvorhersehbaren Perioden von Futterknappheit zurechtzukommen. Sowohl während einer Brutsaison als auch zwischen verschiedenen Brutsaisons wurden für diese Art starke Schwankungen der Futterverfügbarkeit beobachtet. In der geplanten Studie werden wir untersuchen wie junge Buntfuß-Sturmschwalben durch Heterothermie als physiologische Strategie ihren Energieumsatz optimieren und wie Torpor als Überlebensstrategie während unvorhergesehener Futterknappheit genutzt werden kann. Wir werden untersuchen, welchen Einfluss der Ernährungszustand auf Körpertemperatur und die Energieumsatz im Ruhezustand (Ruheumsatz) hat und ob diese mit der Außentemperatur zusammenhängen. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede der Futterverfügbarkeit werden wir den Tagesrhythmus der Körpertemperatur und der Ruheumsatz untersuchen. Wir werden testen, ob Buntfuß-Sturmschwalben ihre Körpertemperatur und ihren Ruheumsatz während dem Tag, wenn die adulten Vögel nicht zum Füttern kommen können, strategisch herunterfahren. Außerdem werden wir die Gründe und Folgen individueller Unterschiede im heterothermischen Verhalten der Nestlinge untersuchen. Wir erwarten, dass Körperfunktionen wie Wachstum oder die Investition in das Immunsystem mit sinkender Körpertemperatur eingeschränkt werden und dass Küken, die weniger häufig von ihren Eltern gefüttert werden, häufiger Torpor nutzen. Somit könnte Heterothermie bei Küken der Sturmschwalben durch einen Trade-off zwischen verringerten Energiekosten und der Investition in Körperfunktionen, die schlussendlich die Überlebenschancen bis zur Brutzeit bestimmen, Auswirkungen auf ihre biologische Fitness haben. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede in der Futterverfügbarkeit, werden wir die Heterothermie der Küken während Unwetterperioden, wie zum Beispiel während Schneestürmen, untersuchen. Schneestürme werden nach Vorhersagen der Klimamodelle in der Region in Zukunft häufiger auftreten und in dieser Zeit sind die Eingänge der Bruthöhlen häufig blockiert. Diese Studie hat daher Auswirkungen auf die Anpassungsfähigkeit der Art an den Klimawandel, sowohl im Zusammenhang mit der verringerten Futterverfügbarkeit, die vor allem durch die Abnahme des Antarktischen Krills hervorgerufen wird, als auch durch ein vermehrtes Auftreten von Schneestürmen.
Das zentrale Ziel des HiPoLiT Projektes ist die Erarbeitung, der Aufbau und die Erprobung von Demonstratoren für praxisgerechte, energiedichteoptimierte Lithiumbatterien auf Lithiumtitanoxid (LTO)-Basis. Diese sollen auch bei niedrigen Temperaturen extrem schnellladefähig sein und durch Kombination mit Hochvoltkathoden mit verbesserter Eigensicherheit und Langzeitstabilität auch bei Zyklusprozessen eine gefahrlose Aufladung von Fahrzeugen innerhalb weniger Minuten erlauben. Die Erprobung soll die Batterievorteile praxisnah in attraktiven Erstanwendungen der Elektro-Staplertechnik und der Elektro-Bootsantriebe verifizieren. BMZ bringt in den Verbund das Know-How zur Integration von Zellen in eine Gesamtbatterien und erarbeitet im Rahmen ihrer Projektaufgaben Systemintegrationslösungen, die an die neue Zellchemie, Zellgeometrie und Zelleigenschaften optimal angepasst sind. BMZ erstellt in diesem AP Batterien mit optimierter Energiedichte auf der Systemebene. Die Demonstratorgeometrie und relevante Eckdaten (Gewicht, Spannung, Kapazität, Lade- und Entlade-leistung) werden von den Endanwendern Linde und Torqeedo vorgegeben. Darauf basierend erstellt BMZ Konzepte für Batteriesysteme, die den speziellen Anforderungen des Projektes genügen. Dies umfasst unter anderem die intelligente Führung der Abwärme und Ausnutzung des reduzierten Zellwiderstandes. Neben den Besonderheiten der LTO-Zellchemie, die berücksichtigt werden müssen, entsteht eine besondere Herausforderung auch aus dem Pouch-Zellenformat und den damit verbundenen Problemen bei der Zellkontaktierung, was ein neues Zellhalter- und Kontaktierungsdesign erfordert. Zellen und Module werden in Analogietests geprüft, um ihre Eigenschaften im Einsatz zu ermitteln. Im letzten Schritt werden die zwei Demonstratoren aufgebaut.
Umrichterstationen für die effiziente Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zur Netzanbindung regenerativer Energieerzeuger wie z.B. Windenergieanlagen benötigen zum stabilen Betrieb umfangreiche kapazitive Ladungsspeicher. Polypropylen-Folien sind dafür das bewährte Kondensator-Dielektrikum. Um den Bedarf der Umrichter an Stellfläche und Klimatisierung auf See und zu Land zu reduzieren, untersucht das Teilvorhaben Herstellungs- und Einsatzbedingungen neuartiger Polymer-Verbund-Dielektrika. Angestrebt werden serientaugliche Verfahren zur Steigerung der elektrischen Energiedichte und zur Senkung der dielektrischen Verluste der Kondensatorfolien. Die Bauteile werden unter anwendungsnahen Bedingungen getestet und bei Erfolg nach Ablauf des Vorhabens weiter entwickelt. Einfache Metalloxide, die als Pulver dem Polymer zugemischt werden, haben das Potential, die Dielektrizitätskonstante des Verbundmaterials und die im Kondensator speicherbare Ladungsmenge bei geringem Füllgrad merklich zu steigern, wenn die Partikelgröße bei wenigen 10 nm liegt und die Partikeloberflächen durch geeignete Liganden chemisch funktionalisiert sind. Die Verlustwärme des Bauteils soll dagegen durch Polymer-Zumischungen reduziert werden. Es werden prozesstechnische Machbarkeit, grundlegende festkörperphysikalische Wirksamkeit und das Verhalten im Umrichter untersucht. Im Hinblick auf spätere Serientauglichkeit werden prozesstechnische Alternativen nach industrieller Verfügbarkeit von Rohstoffen und Verfahren priorisiert. Versuchsplanung und Bauteilkonzepte werden kontinuierlich zum Projektfortschritt auf den Entwicklungsstufen: Folien-Rohmaterial, Folie und Kondensator durch optische, mechanische, thermische und elektrische Messtechnik unterstützt.
Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Wärmenetze bieten die Möglichkeit, regenerative Energien und Kraft-Wärme-Kopplung in den Wohnbaubestand zu integrieren und durch Vermeidung fossiler Heizsysteme CO2-Emissionen zu senken. Bisher kommen in Nahwärmenetzen im ländlichen Raum vorrangig Biogas und Holzhackschnitzel als Energieträger zum Einsatz. Aufgrund sich verknappender Ressourcen und steigender Brennstoffpreise ist deren Ausbaubarkeit jedoch begrenzt. Im Bereich der elektrischen Energieerzeugung steigt der Anteil Erneuerbarer Energien (EE) durch Wind und Sonne, was zu einer fluktuierenden Stromerzeugung und daher stark schwankenden Residuallasten führt. Nahwärmenetze, in denen gleichzeitig stromerzeugende (Blockheizkraftwerk) und stromabnehmende Aggregate (Heizstab, Wärmepumpe) eingesetzt werden, bieten die Möglichkeit der intelligenten Sektorkopplung zwischen Strom- und Wärmenetz. Hierbei kann die Speicherfähigkeit des Wärmenetzes genutzt werden, um Residuallasten im Stromnetz auszugleichen. Das Nahwärmenetz in Dollnstein, welches mit variablen Netztemperaturen betrieben wird, wurde bereits 2014 gebaut und ist das erste dieser Art. Die Kombination von zentralen und dezentralen Wärmeerzeugern ermöglicht den Betrieb mit variablen Netztemperaturen. Hierzu gehören verschiedene Komponenten, die für die Kopplung zwischen Strom- und Wärmenetz genutzt werden können und bei intelligenter Regelung zu Synergieeffekten zwischen den Netzen führen. Für die Bereitstellung von Wärme stehen in einem zentralen Heizhaus ein BHKW sowie eine Großwärmepumpe zur Verfügung, gleichzeitig kommen in den Hausübergabestationen Kleinst-Wärmepumpen zum Einsatz, die das Wärmenetz als Quelle nutzen. Auf diese Weise kann die Temperatur im Wärmenetz im Sommer auf unter 30 °C abgesenkt werden und die Wärmeverluste, welche wesentlich von der Temperaturdifferenz zwischen Fluid und Umgebungstemperatur abhängen, reduziert werden. Im Rahmen des Projekts NATAR wird dieses Wärmenetz sowohl messtechnisch als auch simulativ detailliert untersucht und verschiedene Möglichkeiten der Betriebsoptimierung analysiert. Die Kernforschungsfrage ist hierbei, wie Energiesysteme im ländlichen Raum effizienter gestaltet werden können. Mit dem Fokus auf der Sektorkopplung von Wärme und elektrischer Energie werden Möglichkeiten zur Entwicklung intelligenter Energiesysteme aufgezeigt. Die Auswertung von Messdaten und Simulationsergebnissen ermöglicht eine fundierte Aussage über die durch die Sommerabsenkung der Netztemperatur erreichte Energieeinsparung. Eine begleitende ökonomische Bewertung widmet sich der Fragestellung, inwiefern trotz kapitalintensiven Anlagentechnik ein wirtschaftlicher Vorteil durch die Energieeinsparung erzielt werden kann. Die Regelung der Anlagen wird abhängig von den Anforderungen des Stromnetzes und unter Einbeziehung des Regelverhaltens der Komponenten optimiert. Wichtig hierbei sind in diesem Zusammenhang Prognosen bzgl. der Wärmeabnahme, der solartherm. Wärmeerzeugung sowie den Speicherfüllständen.
1. Vorhabenziel Gesamtziel ist der Ausbau des Produktionstechnischen Demonstrationszentrums für Lithium-Ionen-Zellen (DeLIZ) zu einem WING-Zentrum für Batterieforschung Dresden. Das WING-Zentrum soll chemische, materialwissenschaftliche und prozesstechnologische Kernkompetenzen der TU Dresden, der Fraunhofer- und Leibniz-Institute bündeln. Als Ziele sind gestellt: Entwicklung von Co-freien Lithium-Ionen-Zellen mit erhöhter Speicherkapazität, Bau von Demozellen und Modulen, Entwicklung von Lithium-Schwefel-Zellen mit mindestens doppelter Speicherkapazität gegenüber verfügbaren Lithium-Ionen-Zellen, Bau von Demozellen und Modulen, Entwicklung neuer laserbasierter Fertigungsverfahren, Bau einer Demoanlage zur Fertigung von Zellen und Modulen. 2. Arbeitsplanung Die Ziele sollen durch die Einrichtung von drei komplementär aufgestellten Forschergruppen FG erarbeitet werden. Die Forschergruppen werden in zwei Teilprojekten zusammen arbeiten. FG1 und 2 schaffen durch ihre materialwissenschaftlichen, analytischen Schwerpunkte die Grundlagen für neue Batterieentwicklungen. Struktur-Eigenschaft-Beziehungen von Werkstoffen und chemischen Substanzen auf atomarer Ebene werden durch interdisziplinäre Zusammenarbeit grundlegend untersucht und mittels neuer Materialsynthesen in praktische Anwendungen überführt. FG3 ist produktions- und systemtechnisch ausgerüstet. Sie greift Erkenntnisse und Resultate aus FG1 und FG2 auf und setzt diese Technologien entlang der Prozess- und Fertigungskette bis zur fertigen Batteriezelle um.
Konsequente Leichtbauweise und Materialeffizienz durch innovative Materialkombination - Überführung in montagefreundliche, modulare Fassadensysteme mit Witterungsschutz, Wärmedämmung und Energieerzeugung an der Fassade - Reduktion der thermischen Spitzenlast durch thermisch aktiven Gradientenschaum und Erhöhung der Wärmespeicherkapazität.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 117 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 51 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 117 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 117 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 114 |
| Englisch | 9 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 23 |
| Webseite | 94 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 54 |
| Lebewesen und Lebensräume | 57 |
| Luft | 68 |
| Mensch und Umwelt | 117 |
| Wasser | 25 |
| Weitere | 117 |