Das Projekt "Teilprojekt ISE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Eine Schwierigkeit in der PEMWE Technologie ist, dass der technologische Fortschritt durch zu lange Entwicklungszyklen zu einer verzögerten Markteinführung systemrelevanter Technologien für die nachhaltige Wasserstofferzeugung führt und dadurch den Prozess der Energiewende gefährdet. Zentrales Ziel von HyThrougGen ist daher die signifikante Beschleunigung der Entwicklungszyklen für die PEMWE durch konsequenten Einsatz von Hochdurchsatzverfahren in dem Dreiklang Materialtests, Komponentenherstellung und Vollzelltests. Die in HyThroughGen entstehenden Verfahren, Methoden und Prozesse sollen es dabei in Zukunft ermöglichen, vielversprechende Materialien und Komponenten innerhalb von 2-3 Jahren anstelle der üblichen 10 Jahre für die Eignung in der Wasserelektrolyse zu bewerten. HyThroughGen hat somit das Potential, die Einführung kritischer Komponenten für die Energiewende deutlich zu beschleunigen.
Das Projekt "E-FloA - Elektrolyt-Floating-Analyse an Lithium-Ionen-Zellen mit dem Ziel der Quantifizierung der Elektrolytdegradation und Deckschichtbildung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, MEET Batterieforschungszentrum durchgeführt. VORLÄUFIGER TEXT Die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) steht laut Literatur maßgeblich in Zusammenhang mit der Zersetzung des Batterieelektrolyten. Diese äußert sich durch Gasbildung, Austrocknung der Zelle bzw. Verbrauch des Elektrolyten und Bildung von Deckschichten. Diese Alterungsprozesse laufen parallel zu den Hauptreaktionen während des Lade und Entladevorgangs, und zusätzlich während die LIB ruht, ab. Ein Schlüssel zur Bestimmung der Alterungsrate - und den Einfluss der Elektrolyte darauf - ist es, den Umfang der parasitären Nebenreaktionen zu vermessen und zu quantifizieren. Dies ist speziell während der Nutzung kommerzieller LIB schwer, da kein direkter messtechnischer Zugriff auf die ablaufenden Reaktionsprozesse möglich ist. Deswegen wird nach einem Verfahren gesucht, dass die ablaufenden Reaktionen in-situ quantifiziert und an einer kommerziellen Zelle messbar macht. Mit einem solchen Verfahren ließe sich die Zersetzungsrate und damit die Eignung einer Elektrolytmischung unter verschiedenen kalendarischen Alterungsbedingungen untersuchen. Im Rahmen dieses Projektes soll ein Verfahren zur in-situ Ermittlung der Elektrolytzersetzung entwickelt werden und anhand bekannter Elektrolyte getestet werden. Anwendung soll das neu entwickelte Verfahren direkt unter realen Anwendungsbedingungen in der Testung unterschiedlicher Elektrolyt-Additiv-Kombinationen finden, um diese auch in Bezug auf die Alterung der Zellen mit kurzen Rückkopplungszeiten zu optimieren. Weiterhin soll die Formierung im Detail betrachtet werden, um mögliche Additive für die Bildung einer stabilen SEI-Schicht identifizieren zu können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung der materialwissenschaftlichen und fertigungstechnischen Grundlagen für die additive Fertigung großer Sandgussformen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik durchgeführt. In dem 'Verbundvorhaben ACC - Additive Herstellung von Gussformen für große Metallgusskomponenten von Offshore-Windkraftanlagen' soll ein neuartiges Druckverfahren auf der Basis eines rotierenden Drucksystems entwickelt werden, dass es ermöglicht, Formen auch für sehr große Gussbauteile mittels 3D-Druck herzustellen. Dieses Verfahren soll anschließend in einer Demonstrationsanlage umgesetzt werden, um seine Eignung für die Herstellung verwendbarer Gussformen nachzuweisen. Neben der Konstruktion der Maschine soll auch der Zusammenbau von großen Gussformen aus mehreren Scheiben getestet werden. Gegenstand des Teilvorhabens 'Entwicklung der materialwissenschaftlichen und fertigungstechnischen Grundlagen für die additive Fertigung großer Sandgussformen' ist dabei das Design der Gussform und deren Validierung mit Hilfe von Computersimulationen. Des Weiteren sollen die eingesetzten Werkstoffsysteme hinsichtlich ihrer Festigkeit und Erosionsbeständigkeit optimiert werden und für den Prozess qualifiziert werden. Auch das Recycling der verwendeten Materialien, insbesondere des verwendeten Formsandes ist Bestandteil des Vorhabens. Auch sollen in diesem Teilvorhaben neuartige Bestandteile des Fertigungsprozesses entwickelt und erprobt werden. Zuletzt ist auch die Entwicklung und Implementierung neuartiger KI-Basierter Verfahren für die Qualitätssicherung und Online-Prozesskontrolle Gegenstand dieses Teilvorhabens.
Das Projekt "Teilvorhaben: Optimierung der Systemarchitekturen und Evaluation von Technologie-Innovationen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SMA Solar Technology AG durchgeführt. Langfristiges Leitziel des Verbundforschungsvorhabens Voyager-PV sind wirtschaftlich und technisch konkurrenzfähige, PV-Modul orientierte Elektroniklösungen. Dies umfasst sogenannte 'Power-Optimizer', die als DC-DC-Steller den Betrieb einzelner Solarmodule optimieren, ebenso wie modulnahe PV-Kleinstwechselrichter für ein bis drei PV-Module und reicht bis hin zur Vollintegration, also AC-Solarmodule mit integriertem Wechselrichter. Ziel ist eine flexibel skalierbare, einfach anwendbare PV-Technik für 'residential' PV-Systeme von 200 W bis 5000 W, die alle zukünftigen Anforderungen eines vollwertigen Kleinstkraftwerks erfüllt und gegenüber dem konventionellen PV-Anlagenaufbau mit Stringwechselrichtern deutliche System- und Kostenvorteile bietet. Vor diesem Hintergrund und dem gemeinsamen Gesamtziels des Verbundes, die technologischen Voraussetzungen für eine drastische Kostenreduktion bei der PV-Kleinstanlagenelektronik zu schaffen, bei gleichzeitiger Erfüllung der in diesem Segment deutlich höheren Zuverlässigkeits- und Lebensdaueranforderungen sowie aller zukünftigen Anforderungen hinsichtlich Netzdienlichkeit, Digitalisierung und Sicherheit, ist es das Gesamtziel der Arbeiten im Teilvorhaben von SMA hierfür verschiedene neue ausgewählte Technologieansätze und Ideen zu evaluieren, geeignete Systemkonzepte und ganzheitlich optimierte Systemarchitekturen zu erarbeiten und die im Gesamtprojekt gewonnenen Erkenntnisse und Lösungen gemeinsam mit den Partnern aus Anwendungssicht zu bewerten. Hierbei wird sich SMA vor allem mit der fachlichen Begleitung der Forschungsarbeiten der Partner sowie der wissenschaftlich-technischen Bearbeitung von vier besonderen technologischen Schwerpunktthemen befassen - insb. der optimierten Systemgestaltung, dem Einsatz von GaN-Bauelementen, der Eignung neuer Materialien & Verfahren für Gehäuse sowie mit neuen IKT-Ansätzen für die Solartechnik und Systemintegration.
Das Projekt "Teilvorhaben B: Integration KI-Modul in einen Workflow zur automatischen Georeferenzierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WISUTEC als Zweigniederlassung der G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH durchgeführt. Im Rahmen der Digitalisierung im Land- und Flächenmanagement wurden in den letzten Jahren vermehrt Kartendokumente digital bereitgestellt. Die Kartendokumente und deren Digitalisate z.B. aus den Bereichen des Altbergbaus oder der Geologie beinhalten wertvolle räumliche Informationen. Diese räumlichen Informationen repräsentieren Kenntnisse, welche mit großem Aufwand über Jahrzehnte, tlw. Jahrhunderte generiert wurden. Hinweise zu Lagerstätten, unterirdischen Altbergbau oder auch Bohrungsdaten stellen äußerst wertvolles Wissen dar. Allerdings können diese Informationen erst dann recherchierbar und auswertbar gemacht werden, wenn diese Digitalisate einen Raumbezug erhalten und somit ausgewertet werden können. Der Prozess der geographischen Referenzierung der Rasterdaten wird im Folgenden als Georeferenzierung bezeichnet und derzeit noch manuell in einem IT-gestützten Workflow durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens besteht in der Schaffung einer kostengünstigen automatisierten Lösung zur Erfassung eines Teils der Bildinformationen (Punk, Symbole) mit Hilfe von Methoden künstlicher Intelligenz (KI). Im Ergebnis des Projektes sollen: - Methoden der Künstlichen Intelligenz und Bilderkennungsverfahren praktisch angewandt werden und auf ihre Eignung hin getestet, - diese Verfahren in einen Workflow zur sicheren Erkennung von Passpunkten zur Durchführung von Georeferenzierung von Kartenwerken implementiert und - ein Prototyp einer Softwarelösung hierfür entwickelt werden. Das Teilvorhaben B konzentriert sich auf die Bearbeitung der Punkte 2 und 3.
Das Projekt "Teilvorhaben: Industrialisierung und Demonstration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WRD Wobben Research and Development GmbH durchgeführt. Ein wesentliches Hindernis für den weiteren Aufbau von Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland sind akustische Emissionen der Anlagen. Neben den aeroakustischen Emissionen treten dabei auch tonale Anteile auf. Die wesentliche Quelle der tonalen Anteile ist dabei der Antriebsstrang, wenn sich Vibrationen aus Generator und Lagern über die Windenergieanlage ausbreiten und dann als Schall abgestrahlt werden. Vibrationen und damit verbundene mono- oder multifrequente Lärmemissionen wirken sich in mehrfacher Hinsicht negativ aus: Gerade niederfrequenter tonaler Schall hat eine größere Reichweite, und mono- wie multifrequenter tonaler Schall wird als besonders störend empfunden. Außerdem führen Vibrationen verstärkt zu Verschleiß der Anlagenkomponenten. Ziel dieses Projektes ist die Reduktion von mono- sowie multitonaler Vibrationen sowie deren Abstrahlung als Schall von Windenergieanlagen, um die Akzeptanz von WEA zu erhöhen. Zu diesem Zwecke werden unterschiedliche Verfahren zur Vibrationsreduktion, die in anderen Anwendungen bereits erfolgreich untersucht oder angewendet werden, auf ihre Eignung im Einsatz auf WEA hin untersucht. Vier Angriffspunkte werden dabei innerhalb des Konsortiums untersucht: - Vibrationsreduktion an Generator und Antriebsstrang - Vibrationsreduktion im Rotorblatt - Verringerung der Vibrationen an der Gondelverkleidung - Generatorregelung zur Geräuschreduzierung Diese genannten Themen sollen im Konsortium aus Forschungseinrichtungen und Industriepartner untersucht werden, wobei zu Beginn des Projektes die Simulation und eine Reihe von Labortests im Vordergrund stehen, welche das Potential der Methoden zur Vibrations- und Lärmminderung aufzeigen sollen. Im dritten Jahr ist der experimentelle Nachweis der vielversprechendsten Konzepte auf speziellen Komponentenprüfständen für Rotorblatt und Generator des Konsortialführers WRD zu erbringen, um die Industrialisierung der Technologien voranzubringen.
Das Projekt "FHprofUnt 2018: Kostenoptimierte Magnetkreisauslegung für die Elektromobilität durch besseres Alterungsverständnis und anwendungsnahe Prüfverfahren (MAGproof)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Institut für Materialforschung durchgeführt. Permanentmagneterregte Elektromotoren, in denen Seltenerdmagnete verbaut sind, versprechen aus heutiger Sicht die höchsten Wirkungsgrade. Für die ökologisch und ökonomisch nachhaltige Weiterentwicklung der Technologie sind alterungsbeständige Dauermagnete mit auf ein notwendiges Minimum reduziertem Gehalt an teuren und kritischen Seltenerdmetallen (und damit möglichst kleinem Sicherheitspuffer) erforderlich. Gesamtziel des Projektvorhabens ist die Erarbeitung eines besseren Verständnisses der magnetischen Alterungsvorgänge in Dauermagneten unter realitätsnahen Bedingungen, die Entwicklung einer Kette von aussagekräftigen komplementären Prüfverfahren für die Alterungsbeständigkeit der Magnete von grundlegenden bis systemnahen Verfahren und die Bewertung von Dauermagneten bezüglich ihrer Eignung für den Einsatz in elektrischen Maschinen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen gilt es, zum einen erste maßgeschneiderte Magnete für die kostenoptimierte Auslegung des Magnetkreises auszuwählen, zu entwickeln und testen. Zum anderen soll ein einfaches Qualitätsprüfverfahren für Firmen entwickelt werden zur Kontrolle zu erwartender bzw. aufgetretener Alterungseffekte der Magnete beim Maschinenbetrieb.
Das Projekt "Teilvorhaben: Separierung von biogenen Reststoffen als Basis zur effizienteren Energieerzeugung bei gleichbleibend hochwertiger stofflicher Nutzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BEM Umweltservice GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es ein kostengünstiges Verfahrenskonzept zur flexiblen energetischen Nutzung von häuslichem Bioabfall gemeinsam mit Klärschlamm aufzuzeigen. Bioabfallpresswasser (PW) soll in Faultürmen kommunaler Kläranlagen zur bedarfsorientierten Biogaserzeugung eingesetzt und gleichzeitig die stoffliche Verwertung der festen Bestandteile des Bioabfalls (aBA) aufrechterhalten werden. Das Pilotvorhaben soll die flexible Anpassungsmöglichkeit der Biogasproduktion an den Eigenenergiebedarf und ggf. darüber hinaus an den Strommarkt demonstrieren. Die getrennte bedarfsorientierte energetische Verwertung der flüssigen und festen Bestandteile von Bioabfall stellt ein innovatives Konzept dar, häusliche Bioabfälle durch bestehende Verwertungskapazitäten kostengünstig energetisch zu nutzen. Das PW ist aufgrund des hohen Anteils leicht abbaubarer organischer Substanz und der daraus resultierenden guten Zugänglichkeit der Nährstoffe für die Mikroorganismen bestens geeignet, um als Co-Substrat in Faultürmen eingesetzt zu werden. Durch den deutlich höheren Energiegehalt und die rasche Abbaubarkeit im Vergleich zu Klärschlamm lassen sich sehr hohe Leistungsgradienten bei der Biogasproduktion erreichen. Es soll die Eignung des PW für flexible Biogasproduktion in Faultürmen kommunaler Kläranlagen sowie die Verwertung des aBA in Kompostierungsanlagen unter Praxisbedingungen untersucht und die technischen sowie ökonomischen Möglichkeiten und Rahmenbedingungen des Verfahrens im Pilotbetrieb durch das ISWA und LFKW der Universität Stuttgart gemeinsam mit dem BEM Umweltservice GmbH analysiert und validiert werden. Das IER bewertet das Konzept im Kontext des zukünftigen Stromsystems, einschließlich der Systemdienstleistungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Designentwicklung für die additive Fertigung von Schiffsgetrieben (XXL3D.design)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von REINTJES GmbH durchgeführt. Die Herstellung von großskaligen Produkten mit Unikatcharakter gestaltet sich in der Regel energie- und ressourcenintensiv durch große zu handhabende Abmessungen und Gewichte, eine oftmals überdimensionierte Auslegung sowie hohe spezifische Energiebedarfe der eingesetzten Fertigungsverfahren. Einige Herstellungsprinzipien, wie beispielsweise das Gussverfahren bei Schiffsgetriebegehäusen, benötigen zusätzliche Ressourcen in Form eines Modellbaus. Das Ergebnis dieses Vorhabens soll den Energiebedarf des Herstellungsprozesses um 30% reduzieren. Weiterhin sollen Fertigungs- und Beschaffungszeiten halbiert sowie die Materialkosten gesenkt werden. Außerdem sollen neue Anwendungen, wie z.B. gewichts- und lastoptimierte Getriebegehäuse sowie hoch individualisierte Getriebe, ermöglicht werden. Ein Fokus liegt im Design von additiv herstellbaren und somit ressourcenschonenden Getriebegehäusen. Hierzu werden Materialkennwerte ermittelt und in die Simulationsumgebung, die nicht nur die Funktion, sondern auch den energiearmen Fertigungsprozess beinhaltet, integriert. In Designkatalogen werden die Ergebnisse für Beispielstrukturen zusammengefasst. Die Eignung des Verfahrens wird mittels eines Demonstratorgetriebes nachgewiesen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Separierung von biogenen Reststoffen als Basis zur effizienteren Energieerzeugung bei gleichbleibend hochwertiger stofflicher Nutzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hauke Erden GmbH durchgeführt. Ziel des Kooperationsvorhabens der Universität Stuttgart und der Hauke Erden GmbH ist es ein kostengünstiges Verfahrenskonzept zur flexiblen energetischen Nutzung von häuslichem Bioabfall gemeinsam mit Klärschlamm aufzuzeigen ohne dabei die organische Masse dem natürlichen Stoffkreislauf zu entziehen. Bioabfallpresswasser (PW) soll in Faultürmen kommunaler Kläranlagen zur bedarfsorientierten Biogaserzeugung eingesetzt und gleichzeitig die stoffliche Verwertung der festen Bestandteile des Bioabfalls (aBA) aufrechterhalten werden. Das Pilotvorhaben soll die flexible Anpassungsmöglichkeit der Biogasproduktion an den Eigenenergiebedarf und ggf. darüber hinaus an den Strommarkt demonstrieren. Die getrennte bedarfsorientierte energetische Verwertung der flüssigen und die stoffliche Verwertung der festen Bestandteile von Bioabfall stellt ein innovatives Konzept dar, häusliche Bioabfälle durch bestehende Verwertungskapazitäten kostengünstig energetisch zu nutzen. Das PW ist aufgrund des hohen Anteils leicht abbaubarer organischer Substanz und der daraus resultierenden guten Zugänglichkeit der Nährstoffe für die Mikroorganismen bestens geeignet, um als Co-Substrat in Faultürmen eingesetzt zu werden. Durch den deutlich höheren Energiegehalt und die rasche Abbaubarkeit im Vergleich zu Klärschlamm lassen sich sehr hohe Leistungsgradienten bei der Biogasproduktion erreichen. Es soll die Eignung des PW für flexible Biogasproduktion in Faultürmen kommunaler Kläranlagen sowie die Verwertung des aBA in Kompostierungsanlagen unter Praxisbedingungen untersucht und die technischen sowie ökonomischen Möglichkeiten und Rahmenbedingungen des Verfahrens im Pilotbetrieb durch das ISWA und LFKW der Universität Stuttgart gemeinsam mit dem Bioabfallverwerter Hauke Erden GmbH analysiert und validiert werden. Das IER bewertet das Konzept im Kontext des zukünftigen Stromsystems, einschließlich der Systemdienstleistungen.
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