Das Projekt "Teilprojekt: Chemische Grundlagen für die Modellentwicklung zur Motorenregelung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bielefeld, Arbeitsgruppe Physikalische Chemie I durchgeführt. Das Teilprojekt stellt die chemischen Grundlagen für die Forschergruppe bereit. Es widmet sich der Analyse von Speziesprofilen, die für die Entwicklung und kritische Validierung der reaktionskinetischen Modelle für die motorischen Teilprojekte benötigt werden und die dann in die Regelung einfließen. Diese Analysen sollen vornehmlich unter Niedertemperaturbedingungen an den Surrogatbrennstoffen iso-Oktan (für die GCAI-Verbrennung in TP3) und n-Heptan (für die PCCI-Verbrennung in TP4) in einem Strömungsreaktor erfolgen. Mehrere Teilaspekte stehen im Fokus der reaktionskinetischen Untersuchungen. Für die GCAI-Bedingungen steht die Veränderung der Zündwilligkeit unter Wasserzusatz im Vordergrund. Die Effekte variabler Addition von Wasser zu iso-Oktan sollen für ein Parameterfeld bei unterschiedlichen Bedingungen untersucht werden, um die Grundlagen des Wasserzusatzes auf die Reaktionskinetik im Niedertemperaturbereich zu verstehen und in die Modellbildung zu übertragen. Die geplanten Untersuchungen stellen weitgehend Neuland dar. Zur Unterstützung sollen einige Analysen hierzu auch unter den stabilen Bedingungen vorgemischter ebener Niederdruckflammen stattfinden. Für die Modellbildung im Bereich der PCCI-Verbrennung sind detaillierte Untersuchungen der Bildung von Rußvorläuferspezies im Bereich bis zu etwa vier aromatischen Ringen insbesondere unter Niedertemperaturbedingungen geplant. Während die Reaktionen zur Bildung des ersten aromatischen Ringes als sehr gut verstanden gelten können, weist das grundlegende Verständnis der Bildungskinetik in der molekularen Vorläuferphase bis zu etwa 3-4 aromatischen Ringen noch sehr große Lücken auf. Dieser Phase, an die sich die erste Partikelnukleation zum Beispiel über Dimerisierung der mehrkernigen Aromaten anschließt, kommt innerhalb der Reaktionsketten vom Brennstoffmolekül zum Rußkeim eine große Bedeutung zu. Das entsprechende fundamentale Wissen ist für die Modellentwicklung in TP4 von entscheidender Bedeutung. Die Arbeiten sollen daher auch durch die Untersuchung besonders brennstoffreicher Zonen in einer nicht vorgemischten Flamme unterstützt werden. Für beide motorische Verfahren ist es zudem interessant, die Einflüsse der Zumischung von Abgaskomponenten auf die Reaktionskinetik zu verstehen. Anknüpfend an die Untersuchungen zur Wasserbeimischung sind hierzu einige grundlegende Analysen geplant. Zur Erfassung der Spezies als Funktion der Reaktionsbedingungen sollen an allen Versuchsträgern verschiedene Varianten massenspektrometrischer Verfahren eingesetzt werden, mit denen in der Arbeitsgruppe große Erfahrung vorliegt. Als unterstützende Techniken werden Gaschromatographie sowie Laserverfahren zur Temperaturbestimmung eingesetzt.
Das Projekt "Nieder-Temperatur-Synthese von thermoelektrischen Materialien durch thermische Zersetzung von maßgeschneiderten Prekursoren in Ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. durchgeführt. Die Entwicklung neuer Synthesewege für thermoelektrische V2VI3 (Sb2Se3, Sb2Te3, Bi2Se3, Bi2Te3 und ternäre Materialien) und IV-VI Materialien (SnSe, SnTe, PbTe) mit verbesserten thermoelektrischen Eigenschaften - inkl. elektronisch-dotierten Materialien - durch thermische Zersetzung maßgeschneiderter metallorganischer Single-Spource Prekursoren oder durch Reaktion hochreaktiver Dual-Source Prekursoren (inkl. reaktiver metallhaltiger ILs) in ILs steht im Mittelpunkt des Projektes. Die Prekursoren, die hinsichtlich ihrer physikochemischen Eigenschaften (Viskosität, Löslichkeit in ILs) den Erfordernissen angepasst werden, erlauben die Synthese bei tiefen Temperaturen und garantieren die Herstellung hochstöchiometrischer Materialien, während die ILs die resultierende Nano- und Mesostruktur kontrollieren. Zur Identifizierung der besten ILs, die die höchste Löslichkeit für die Prekursoren und gleichzeitig die schwächsten Bindungen zu den Nanopartikeloberflächen aufweisen, werden quantenchemische Rechnungen von der Arbeitsgruppe Kirchner (Univ. Bonn) durchgeführt. Die Vorteile der Synthesemethode zeigen sich dann in den Transporteigenschaften der kompaktierten Pulver. Daher ist die Bestimmung der wichtigsten thermoelektrischen Eigenschaften - Seebeck-Koeffizient, Powerfaktor sowie thermische und elektrische Leitfähigkeit - essentiell für die Identifizierung der besten Prekursoren, IL und Synthesebedingungen.
Das Projekt "Ionische Flüssigkeiten in der Synthese und Feinabstimmung von porösen Materialien: Wissensbasiertes Design von Eigenschaften durch einen kombinierten experimentellen und theoretischen Ansatz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie - Mulliken Center for theoretical Chemistry durchgeführt. Dieses Projekt soll als bilaterales Projekt zwischen PD Dr. Annegret Stark (Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung, Leipzig) und Prof. Dr. Barbara Kirchner (Universität Bonn) durchgeführt werden. Die Expertise einer experimentell und einer theoretisch arbeitenden Gruppe werden darin kombiniert.
Forschungsfokus 1 (FF1) des Projekts behandelt die Untersuchung von ionischen Flüssigkeiten (IF) als Lösungsmittel und strukturdirigierende Agenzien in der Synthese von Zeolithen. Es ist das Ziel, die vorherrschenden und steuernden Wechselwirkungen auf molekularer Ebene zu verstehen, um zu einem Verständnis der Solvations- und Kristallisationsmechanismen, und somit den Hintergründen der hohen Selektivitäten der resultierenden Netzwerke, beizutragen.
FF2 untersucht die Eigenschaften von IF in porösen Materialien. Das Ziel ist es, detailliertes Wissen über die Grenzflächenstruktur und Wechselwirkungen zwischen porösen anorganischen Materialien und IFs, welche zu Abweichungen von den Eigenschaften in der Bulk-Flüssigphase (Dichte, Schmelzpunkt etc.) führen, zu erlangen.
Systematische Studien, die homologe Reihen von IFs einschließen, in welchen das Kation, das Anion oder die Substituenten des Kations variiert werden, werden durchgeführt. In FF 1 werden dabei unsere bisherigen Untersuchungen von AlPOs auf SAPOS, MaPOs und Aluminosilicate ausgeweitet, um die Grenzen der Ionothermalsynthese hinsichtlich der Präkursoren, der Wahl der IF sowie der resultierenden Netzwerke zu eruieren.
In FF2 werden die Eigenschaften, Orientierung der IFs in porösen Materialien in Abhängigkeit der IF-Struktur (homologe Reihen), der Art des Trägermaterials (Porengröße, -geometrie, chemische Zusammensetzung) und der Beladung untersucht.
Die folgenden Forschungsfragen sollen beantwortet werden.
1. Welche Strukturmerkmale der IF (Art des Kations, Kationsubstitutent, Art des Anions) beeinflussen das resultierende Netzwerk? Welche Wechselwirkungsmodi herrschen vor?
2. Kann die IF so strukturell konzipiert werden, dass neue Netzwerkstrukturen herstellbar sind?
3. Was ist die Rolle des Mineralisierers und kann er durch eine IF-Funktion ersetzt werden?
4. Kann die (Niedrigdruck-)Ionothermalsynthese in einen kontinuierlichen Prozess transferiert werden?
5. Was ist der Einfluss der Pore auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der IF?
6. Wie beeinflusst die Pore die Orientierung der IF?
7. Wie beeinflusst die IF-Zusammensetzung (d. h. Anion, Kation, Kationsubstituent) die Orientierung in der Pore, verglichen mit der Bulk-Flüssigphase?
8. Ist der Porenfüllungsmechanismus abhängig von der IF?
Das Projekt "Junior Scientist / Oberösterreichische Bioraffinerie und wissenschaftliche Betreuung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften (E166) durchgeführt. Im Rahmen des Projektes 'Grüne Bioraffinerie Oberösterreich' soll eine Demonstrationsanlage zur Aufbereitung von Grassilage bei der Biogasanlage Utzenaich errichtet werden. Für die Planung, Durchführung und Auswertung von Versuchen mit einer zweistufigen Elektrodialyse und anderen Trennverfahren zur Gewinnung von Aminosäuren und Milchsäuren wird für die Dauer von 30 Monaten ein Junior Scientist bereitgestellt und betreut.