Das Projekt "Die Thermodynamik des Flüssigwasserstofftanks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität (TU) Graz, Institut für Verbrennungskraftmaschinen und Thermodynamik durchgeführt. Für den automobilen Einsatz von Wasserstoff als Energieträger ist die Speicherung eine der zentralen Fragen. Bei der Flüssigspeicherung wird Wasserstoffgas durch Abkühlung auf -253 Grad C verflüssigt und als siedende Flüssigkeit in einem aufwendig isolierten Behälter bei einem Druck zwischen 2 und 8 bar gespeichert. Da Systeme heutiger Auslegung über keine aktive Kühlung verfügen, ist ein geringer Wärmeeintrag unvermeidlich. Dieser führt zu einem stetigen Druckanstieg, usw.
Das Projekt "Teilvorhaben: Speicher-Material-Synthese, Speichersystemsimulation, -design und -test" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH durchgeführt. Gegenüber heutigen Hochdruck-H2-Komposittanks soll durch einen wesentlich niedrigeren Beladedruck von höchstens 300 bar und eine preisgünstigere, recyclingfähige Tankhülle aus Stahl oder Aluminium eine deutliche Kostensenkung und bessere Lebenszyklus-Bilanz erreicht werden. Schwerpunkte des Teilvorhabens sind die Auswahl, Optimierung und Identifizierung von Kostensenkungspotenzialen des/der Wasserstoffspeichermaterials/ien und der Synthese für das Demonstrator-Tanksystem, die thermochemische und wärmetechnische Simulation des Wasserstoffspeichersystems für dessen Designoptimierung, sowie Konstruktion und Bau eines Demonstrator-Tanksystems.
Das Projekt "NIP II - DELFIN: Erforschung alternativer Materialien und Fertigungsprozesse für kosten- und gewichtsreduzierte Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen e.V. durchgeführt. Für die Entwicklung nachhaltiger Mobilität auf Basis der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie ist die Verfügbarkeit geeigneter Tanksysteme mit Druckgasspeichern bis 700 bar essenziell. Der heute zur Druckgasspeicherung verwendete Typ 4-Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff erschwert aufgrund der hohen Material- und Fertigungskosten sowie einem hohen Bauteilgewicht die erfolgreiche Etablierung der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im Straßenverkehr. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieses Vorhabens das Ziel verfolgt, eine Reduktion der Herstellungskosten sowie des aktuellen Bauteilgewichts unter Erhalt sicherheitsrelevanter Aspekte zu erreichen. Es wird ein ganzheitlicher Ansatz von der Faser über das Laminat und den Liner bis hin zum Wickelverfahren verfolgt. Innovative, erfolgsversprechende Fertigungsprozesse und neuartige Materialien werden charakterisiert, bewertet und in der Herstellung angewendet. Die Praxistauglichkeit des entwickelten anwendungsorientierten Druckbehälters wird abschließend durch Sicherheitstests nachgewiesen.
Das Projekt "NIP II - DELFIN: Erforschung alternativer Materialien und Fertigungsprozesse für kosten- und gewichtsreduzierte Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Abteilung 3 Gefahrgutumschliessungen, Fachgruppe 3.2 Gefahrguttanks und Unfallmechanik durchgeführt. Das Ziel des Teilvorhabens der BAM ist die Weiterentwicklung von Verfahren zur sicherheitstechnischen Bewertung von Composite-Druckbehältern für Wasserstoff im Automotivbereich. Im Fokus der BAM stehen diesbezüglich insbesondere der Impact, eine statistisch abgesicherte Zuverlässigkeit über die geplante Gebrauchsdauer sowie Verfahren zur Bewertung des Alterungsverhaltens von Composite-Druckbehältern. Die aktuelle Entwicklung und Optimierung von Composite-Druckbehältern führt einerseits zu Behälterdesigns, die sich immer weiter den Grenzen der Zulassungsanforderungen annähern, während andererseits Erfahrungen mit dem langfristigen Betrieb solcher Behälter fehlen. Ihr Alterungsverhalten sowie die Impactbeständigkeit ist aktuell nur bedingt bekannt. Aktuelle Zulassungsvorschriften bilden diese Problemstellungen nur teilweise ab. Sie fokussieren sich auf den Nachweis pauschaler Eigenschaften an wenigen, teilweise nur einem Baumuster. Die Streuung der Eigenschaften aufgrund von Fertigungstoleranzen bleibt weitgehend unberücksichtigt. Aus dieser Problemstellung heraus hat sich die BAM zum Ziel gesetzt, die Betrachtung der Impactbeständigkeit auf möglichst reale Unfalllasten (Impact bei Innendruck) zu erweitern sowie die kurz- und langfristige Performance (Berstdruck, Lastwechselfestigkeit) auf Basis einer statistischen Versuchsdurchführung und Auswertung zu ergänzen. Die BAM strebt eine Veröffentlichung der entwickelten Verfahren und gewonnen Erkenntnisse in Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen an. Die Ergebnisse werden zudem in die weitere Ausgestaltung nationaler und internationaler Zulassungsvorschriften für Composite-Druckbehälter eingehen.
Das Projekt "Teilprojekt: Untersuchungen zum Einfluss von H2-CO2 auf die Bohrlocheigenschaften und Fluidfluss-Simulationen im Mikro m-Bereich" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. HyINTEGER soll mögliche Wechselwirkungen zwischen den natürlichen Komponenten (Gesteine, Formationswässer, Biozönosen) von Untergrundspeichern und den Materialien von Bohrungsinstallationen (Stähle, Zemente) in einer Wasserstoffatmosphäre untersuchen. Hierzu werden Autoklaven-Laborexperimente unter reservoirspezifischen Bedingungen mit verschiedenen Kombinationen dieser Komponenten durchgeführt. Diese Informationen fließen dann in numerische Simulationen ein, u.a. zur Wasserstoffausbreitung und Fluidmigrationswegen im Reservoir und entlang von Bohrungen (Leckage-Szenarien), sowie zur Populationsdynamik von Mikroorganismen. TEILPROJEKT 1: Führt chemische und (sub-)mikroskopisch-mineralogische Untersuchungen an allen eingesetzten anorganischen Stoffen durch - mit den Schwerpunkten Zusammensetzung, Oberflächencharakterisierung. Durch H2-CO2-Laborversuche mit einem Autoklaven mit Sichtfenster auf das ein digitales Mikroskop aufgesetzt wird, sollen die Reaktionsabläufe in-situ und in-time dokumentiert werden. Durch numerische 3D-Simulationen soll die Ausbreitung von Fluiden und von Gasgemischen sowie die Veränderung des Porenraumes im Mikrometer-Bereich modelliert werden TP1 besteht aus 9 Arbeitspaketen: 1. Projektkoordination; 2.Probenahmen vor Ort, Literaturrecherche, Aufbau von H2-CO2-Autoklaven, Aufbau einer Projekt-Internetplattform; 3.Petrographisch-mineralogische Untersuchungen zu Bestand, Zusammensetzung, Oberflächenbeschaffenheit des Bohrkernmaterials und der Stähle und Zemente; 4.Bestimmung der spezifischen Reaktivität dieser Komponenten; 5.Geo-, hydro-/fluid- und isotopenchemische Untersuchungen; 6.Laborexperimente mit H2-CO2-Beschlagung, gekoppelt mit periodischer Fluidentnahme und fotografischer Dokumentation; 7.Mikro-ComputerTomographie-Untersuchungen und numerische Modellierungen u.a. zu Veränderungen des Porenraumes und Fluidflusses; 8.Bereitstellung von Input-Parametern für die numerischen Simulationen anderer Teilprojekte; 9.Publikationen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Studie zur Erhöhung der Flexibilität durch unterstützende Batteriespeicher sowie durch alternative Nutzungsmöglichkeiten des Wasserstoffs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mitsubishi Power Europe GmbH durchgeführt. Dieses Projekt hat das Ziel, die Flexibilitätspotenziale der Chlor-Alkali-Elektrolyse (CAE) zu bestimmen und wirtschaftlich zu bewerten. Das Teilvorhaben befasst sich mit der Untersuchung des möglichen Einsatzes von Batteriespeichern und anderen Technologien zur Wasserstoffnutzung zum Erhöhen der Flexibilität von CAE Anlagen. Von den Technologien zur Wasserstoffnutzung steht die Umwandlung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methanol im Hauptfokus. Erweiterte Geschäftsmodelle über die Integration eines Batteriespeichers oder einer Anlage zur Methanolherstellung stehen auch im Fokus der technoökonomischen Betrachtung.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Risikoabschätzungen für technisches und menschliches Versagen und sicherheitstechnische Optimierungsempfehlungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens INES ist die integrative Erhöhung des Sicherheitsniveaus der Wertschöpfungskette des Innovationsprojektes HYPOS. HYPOS (Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany) umfasst die Entwicklung innovativer Lösungen zur wirtschaftlichen Bereitstellung von strombasiertem Grünen Wasserstoff. Ausgehend davon fokussieren sich die Arbeiten der Technischen Universität Dresden auf qualitative und quantitative Risikoabschätzungen für technisches und menschliches Versagen. Darüber hinaus werden Analysen zu Auswirkungen externer Ereignisse auf die Sicherheit von Einzelanlagen und vernetzten Anlagenketten erstellt. Aufbauend auf den daraus erhaltenen Risikobewertungen werden Optimierungsempfehlungen für einzelne Anlagenkomponenten bzw. deren technisch-technologischer Verkettung erarbeitet. Zur Sicherstellung einer effizienten Nutzung der im Gesamtprojekt H2-INES zusammengestellten Daten und erarbeiteten Ergebnisse werden diese in dem Leitfaden 'Wasserstoff-Sicherheit' zusammengefasst und grundlegende sicherheitstechnische und organisatorische Maßnahmen definiert, die den Betrieb von wasserstofferzeugenden, -transportierenden, -speichernden und -verwertenden Anlagen mit hinreichend geringem Risiko ermöglichen sollen.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Sicherheitsbetrachtungen von Elektrolysesystemen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung einer Methodik für eine integrative Sicherheitsbetrachtung der technisch-technologischen Wertschöpfungskette von HYPOS 'Power-to-X'-Technologien insgesamt sowie der einzelnen Subsysteme. Einbezogen werden die Wertschöpfungsstufen der Wasserstofferzeugung, des Transportes, der Speicherung und der Verwertung, insbesondere auch unter den Aspekten der Überführung der eingesetzten Technologien in die großindustrielle Nutzung (Upscaling). Das Gesamtziel des Teilvorhabens der Fraunhofer IMWS ist die erfolgreiche sicherheitstechnische Bewertung von Materialien, die in der kompletten Wasserstoffwertschöpfungskette zum Einsatz kommen. Dabei sehen wir es als Hauptaufgabe das Projektkonsortium im Bereich der sicherheitstechnischen Bewertung von elektrochemischen Prozessen und den dort eingesetzten Materialien wissenschaftlich zu begleiten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Anwendungen und Fertigungstechnik von fortschrittlichen Metallhydridspeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GKN Sinter Metals Engineering GmbH durchgeführt. Im hier vorgeschlagenen F/E-Verbundvorhaben sollen fortschrittliche Metallhydrid (MH)-Speichermodule entwickelt werden, in denen optimierte Hydrid-Graphit-Verbundwerkstoffe HGV (basierend auf Mg- und Ti-haltigen Legierungen) zum Einsatz kommen sollen. Die gesamte Wertschöpfungskette von der Werkstoffherstellung und -charakterisierung über die Auslegung bis zur Erprobung von fortschrittlichen MH-Speichermodulen soll im Vorhaben abgebildet werden, um eine spätere industrielle Umsetzung mit den relevanten industriellen Partnern zeitnah und direkt zu ermöglichen. Als Projektziel soll die Übertragung der erlernten Erkenntnisse und Fähigkeiten hinsichtlich der großtechnischen Umsetzbarkeit an einer ausgewählten Demonstratoranwendung validiert werden. GKN wird an der Anwendungsanalyse, Konzepterstellung und seiner Umsetzung von vorne an aktiv teilnehmen. Mit Know-How im Bereich Pulverherstellung und seine Verarbeitung wird GKN die HGV mitentwickeln, herstellen und testen, mit dem Hinblick auf spätere großtechnischen Markteinführung. Parallel zu den Messungen an HGV werden die FEM-Simulationen durchgeführt, die mit Erkenntnissen aus In-operando Methoden übereinstimmt und optimiert werden. Für die ausgewählte Anwendung wird ein Demonstrator entwickelt und gebaut.
Das Projekt "Teilvorhaben: In-Operando-Untersuchungen zur Wasserstoffverteilung in Metallhydridspeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien, Fachgebiet Struktur und Eigenschaften von Materialien durchgeführt. Im hier vorgeschlagenen F/E-Verbundvorhaben sollen fortschrittliche MH-Speichermodule entwickelt werden, in denen optimierte leicht-metallbasierte HGV (basierend auf Mg- und Ti-haltigen Legierungen) zum Einsatz kommen sollen. Die gesamt Wertschöpfungskette von der Werkstoffherstellung und -charakterisierung über die Auslegung bis zur Erprobung von fortschrittlichen MH-Speichermodulen soll im Vorhaben abgebildet werden, um eine spätere industrielle Umsetzung mit den relevanten industriellen Partnern zeitnah und direkt zu ermöglichen. Als Projektziel soll die Übertragung der erlernten Erkenntnisse und Fähigkeiten hinsichtlich der großtechnischen Umsetzbarkeit an einer ausgewählten Demonstratoranwendung validiert werden. Die Aufgabe der TU Berlin ist dabei vor allem die in-operando-Untersuchung der Wasserstoff-Verteilung zur Optimierung der Materialstruktur. Mit diesen Untersuchungen wird das Hauptziel verfolgt, technisch relevante Systemlösungen abzuleiten, HGV derart herzustellen und in entsprechende Speicherbehälter so zu integrieren, dass sie dauerhaft form- und damit alterungsbeständig bleiben, was den Weg für deren technische Nutzung auf industriellem Maßstab ebnet. Zur Erreichung der Vorhabenziele werden in diesem Teilvorhaben tomographische und radiographische in-situ Methoden eingesetzt, die es ermöglichen die Wasserstoffverteilung sowie die Mikrostruktur und -morphologie der Materialien zwei- bzw. dreidimensional während der Hydrierung und Dehydrierung zu untersuchen. Hierbei werden sowohl schnelle Echtzeitmessungen als auch sehr hochortsaufgelöste (bis 1 Mikro m) in-situ Neutronen Tomographie- und element-selektive ex-situ Synchrotron-Tomographie-Untersuchungen durchgeführt. Unter anderem wird dabei auch erstmalig ein hochortsauflösendes Detektorsystem aufgebaut und eingesetzt, um die 3D-Struktur-Eigenschaftsbziehungen zwischen Gefügemorphologie und Wasserstoffverteilung aufzudecken.
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