Das Projekt "Si- und SiGe-Dünnfilme für thermoelektrische Anwendungen (SiGe-TE)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik durchgeführt. Arbeiten des MPI erfolgen in den Teilprojekten 1 und 3. Im Teilprojekt 1 werden Si/SiGe-Schichtsysteme bzw. Multischichten (Schichtperiode 10nm) hergestellt und charakterisiert. Die Proben stellen ein Modellsystem dar, aus welchem erste Elementkonzepte im Rahmen des Gesamtprojektes entwickelt werden. Im Teilprojekt 3 werden die außergewöhnlichen Eigenschaften von Versetzungsnetzwerken in Si u.a. zu einer Verringerung des spezifischen Widerstandes und zur Verminderung der thermischen Leitfähigkeit untersucht. Hierdurch kann für Si eine wesentliche Erhöhung von ZT erreicht werden, die die Verwendung als thermoelektrischer Generator ermöglicht. Im Teilprojekt 1 werden Probleme des MBE-Wachstums von Si/SiGe-Schichtsystemen analysiert und die Realstruktur der Schichten mittels elektronenmikroskopischer Methoden untersucht. Des Weiteren sollen erste thermoelektrische Messungen erfolgen. Proben werden anderen Projektpartnern zur detaillierten thermoelektrischen Charakterisierung zur Verfügung gestellt. Im Teilprojekt 3 konzentrieren sich die Arbeiten auf die Herstellung spezifischer SOI-Substrate, die Realisierung und Charakterisierung der Teststrukturen zur Analyse des Einflusses verschiedener Parameter (Dotierung, etc.) auf ZT sowie die Herstellung der Strukturen zum Funktionsnachweis eines Si-basierten thermoelektrischen Generators. In Zusammenhang mit den Partnern (BTU, IHP) wird ein Integrationskonzept erarbeitet.
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'.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Bau eines TEG-Demonstrators" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gentherm Europe GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des FuE-Verbundvorhabens ist es, ein kompaktes, robustes und wirtschaftliches Großmodul zur dezentralen Erzeugung von Strom aus Abwärme mit Hilfe von thermoelektrischen Generatoren (TEG) zu entwickeln und industriell zu etablieren. Mit dem Forschungsvorhaben sollen die notwendigen Untersuchungen zur Entwicklung und zum Einsatz von thermoelektrischen Großmodulen im industriellen Umfeld erarbeitet werden. Es wird die Steigerung des Anlagenwirkungsgrades durch die verbesserte energetische Ausnutzung vorhandener Abwärmeströme und damit ein Beitrag zur Senkung des CO2-Ausstoßes angestrebt. 2. Arbeitsplanung Zuerst erfolgt die Analyse der betrieblichen Randbedingungen der Abwärmeströme bei der Salzgitter Flachstahl GmbH, gefolgt von Laborversuchen, der Konzeptentwicklung für elektrische Verschaltungen und dem Aufbau eines Großmoduls. Daran schließt sich die Entwicklung eines technischen Konzepts für eine Demonstrationsanlage und ihre betriebliche Erprobung an.
Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: otego" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von otego GmbH durchgeführt. otego entwickelt neuartige organische thermoelektrische Generatoren (OTEGs) als nachhaltige Energieversorgung für das Internet of Things. Für viele vernetze Kleingeräte werden lästige Batteriewechsel bald der Vergangenheit angehören. Denn Wärme gibt es fast überall. Mit OTEGs lässt sich die Energie selbst kleinster Wärmequellen vollkommen wartungsfrei in nützlichen Strom umwandeln - und zwar dort, wo er gebraucht wird. Elektrische Verbraucher erhalten so eine unabhängige Energiequelle. OTEGs von otego besitzen im Vergleich zur Konkurrenz einzigartige Eigenschaften, denn otego setzt erstmals elektrisch leitfähige Kunststoffe aus eigener Entwicklung ein. Die OTEGs sind unter anderem mechanisch flexibel und können einfach an gekrümmte Oberflächen wie Rohre angepasst werden. Die größte Besonderheit der otego-Technologie liegt jedoch in der Kombination aus kostengünstigen Materialien und großindustriellen Produktionsverfahren. Die elektrischen Schaltungen werden auf industriellen Druckmaschinen gedruckt und anschließend vollautomatisch in einem patentierten Verfahren weiterverarbeitet. Dadurch wird otego als erster Hersteller OTEGs produzieren können, die für breite Massenanwendungen in Frage kommen. Nachdem in der ersten Förderphase der Proof of Concept erbracht wird, sollen in der zweiten Förderphase der Markteintritt erfolgen. Dazu wird der thermoelektrische Wirkungsgrad auf ein Massenmarktfähiges Niveau erhöht. Außerdem werden die prototypischen Produktionsmaschinen in einen Zustand gebracht, mit dem sich eine Pilotserie fertigen lässt. Mit Kunden werden zudem in Kooperationsprojekten thermoelektrische Anwendungen entwickelt.
Das Projekt "Thermopower im Rahmenprogramm 'WING'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von J. Eberspächer GmbH & Co. KG, Bereich Abgastechnik Grundlagenentwicklung, Abteilung Thermodynamik durchgeführt. Entwicklung eines TEG-Systems für höhere Temperaturen (bis zu 500 C am aktiven Wandlermaterial). Der angestrebte modulare Aufbau bedingt die Bewertung unterschiedlicher Konzepte/Bauweisen eines TEG-Systems. Hierbei werden auf Basis der geometrischen Randbedingungen der TE-Module sowie der Bauraumvorgaben Konstruktionen mittels CAD erarbeitet. Der Entwicklung der notwendigen neuartigen Wärmeüberträgerstrukturen auf der Heiß-/Kaltseite sowie der Füge- und Verbindungstechnik der Submodule/des Gesamtsystems kommt hierbei eine entscheidende Bedeutung zund Hierbei müssen teilweise konträre Ziele wie hohe Festigkeit bei minimalem Zusatzgewicht und Gegendruck realisiert werden und neuartige Materialien mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften zu einem Gesamtsystem aufgebaut werden. Der Aufbau muss nach heutigem Kenntnisstand ebenfalls einen Bypass mit entsprechenden Klappen und Steuerung beinhalten. Somit ergibt sich ein grundlegend neues Gesamtsystem, welches in eine bestehende bzw. modifizierte Abgasanlage inkl. der notwendigen Anschlüsse zu integrieren ist. Durch Einsatz numerischer Verfahren (CFD, FE, u.a.) erfolgt die rechnerische Auslegung der Komponenten und Submodule. Die anschließende Validierung erfolgt an Heißgas- und Motorenprüfständen auf Basis etablierter Verfahren (BLA, BSA, Thermoschock, u.a.).Die im Lastenheft formulierten Anforderungen erfordern eine Anpassung validierter Prüfverfahren. Im Industrialisierungskonzept wird die mögliche Serienfertigung bewertet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Thorex-Engine" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAHLE Powertrain GmbH durchgeführt. Das vorliegende Verbundvorhaben definiert die folgenden übergeordneten Zielsetzungen:Sicherung verbrennungsmotorischer Abwärme im Temperaturbereich größer als 300 Grad C,Integration eines thermoelektrischen Generators in das Abschirmsystem eines verbrennungsmotorischen Systems sowie Bauraumoptimierte 'Heat-to-Cool'-Technologie. Durch die Kombination dieser technologischen Ansätze kann die im als Verbrennungsmotor ausgeführten Range Extenders anfallende Abwärme zu jedem Zeitpunkt variabel gewandelt und/oder gespeichert werden. Der Gesamtwirkungsgrad des angestrebten seriellen Range Extender Hybridfahrzeugs wird so zu jedem Zeitpunkt optimiert. In Absprache mit den 'Simulationsteams' müssen die nötigen Eingangsbedingungen für Ihre Modelle besprochen werden. Dazu gehören teilweise geometrische Werte, Stoffströme, Temperaturen, Drücke, Leistungen usw. Im Anschluss muss überprüft werden, in wie weit diese geforderten Größen ermittelt werden können. Dazu gehört eine Analyse der vorhandenen bzw. beschaffbaren Messtechnik. Diese muss insoweit bewertet werden, dass eine ungefähre Fehlerabschätzung errechenbar ist. Die Positionen der Messelemente am Verbrennungsmotor und an dessen Peripherie müssen definiert werden. Dies findet wieder in Zusammenarbeit mit den 'Simulationsteams' statt. Die Positionen werden so gewählt, sodass der äußere Einfluss bzw. die Fehleranfälligkeit minimal ist. Während der Planung des Messprogramms werden mitunter den geplanten Simulationsszenarien Beachtung geschenkt.
Das Projekt "Entwicklung innovativer mini(micro) KWK-Technologien auf Biomasse-Basis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Technologie- und Förderzentrum durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Prüfung und Optimierung neuer KWK-Technologien, die in Verbindung mit kleinen Biomasse-Feuerungen den Leistungsbereich von kleiner als 1 kW bis ca. 100 kW abdecken, da es in diesem Leistungssegment bis heute keine zuverlässige und wirtschaftlich betreibbare Technik angeboten wird. Es werden daher 3 verschiedene KWK-Konzepte untersucht: Ein thermoelektrischer Generator in Verbindung mit einem Pelletofen (25-50 W); Eine Mikro-ORC-Anlage in Verbindung mit einem Hackschnitzel- oder Pelletkessel (ca. 1 kW) sowie eine extern beheizte Gasturbine in Verbindung mit einem innovativen Hochtemperaturwärmetauscher (5-100 kW). Die Arbeiten werden in 6 technisch / wissenschaftlichen Arbeitspaketen (AP)sowie je einem Arbeitspaket für die Koordination / Administration und die Ergebnisverwertung durchgeführt: AP 1: Definition der Rahmenbedingungen; AP 2: Grundlegende Untersuchungen zu ascheabhängigen Problemen bei Hochtemperaturwärmetauschern; AP 3:Entwicklung und Prüfung der TEG-Technologie; AP 4: Entwicklung der Mikro-ORC-Technologie; AP 5: Entwicklung eines Hochtemperaturwärmetauschers für Gasturbinen-Anwendungen; AP 6: Techno-Ökonomische Analyse der neuen Mikro-KWK-Technologien für Biomasse; AP 7: Ergebnisverwertung; AP 8: Projektmanagement und -koordination.
Das Projekt "Teilvorhaben: ThoRex-Testing" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Elring Klinger Motortechnik GmbH durchgeführt. Ziel ist es, am Prüfstand eine breite Messdatenbasis zur Validierung der Simulationsmodelle aus den anderen Teilvorhaben zu erarbeiten, die Benefits Gesamtsystemarchitektur zu bestätigen und die Regelstrategien für den Fahrzeugbetrieb experimentell zu optimieren. In seiner endabgestimmten Variante soll der Range-Extender mit angekoppeltem Thermomodul am Prüfstand simulierte Fahrzeug-Fahrzyklen absolvieren und das Potenzial des Gesamtsystems demonstrieren. Im Teilvorhaben 'Prüfstandsmessungen' sollen die experimentellen Untersuchungen an dem entwickelten Thermomodul und seinen Einzelkomponenten durchgeführt werden. Eine besondere Herausforderung ist es, das Thermomodul zusammen mit dem Range-Extender zu betreiben und für unterschiedliche Fahrprofile optimierte Betriebsstrategien zu entwickeln und zu demonstrieren. Auf dem Motorprüfstand sind unter reproduzierbaren Versuchsbedingungen Vermessungen möglich um den realen Einsatzfall optimal nachzubilden. Die Arbeiten beinhalten die folgenden Schritte: 1-Darstellung eines Range-Extenders mit Thermomodul als abgestimmtes Gesamtkonzept am Motorprüfstand. 2-Verfizieren der Benefits, die für ein solches Gesamtkonzept mittels Simulationsrechnungen vorher ermittelt wurden. 3-Variieren der Optimierungsparameter am Range-Extender & Thermomodul unter unterschiedlichen Fahrbedingungen. 4-Entwickeln und Optimieren der notwendigen Regelstrategien für das Thermomodul für den Betrieb unter unterschiedlichen Randbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Simulation, Laborversuche und Analysen zum Aufbau eines TEG-Großmoduls" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH durchgeführt. Ziele dieses Forschungsvorhabens sind die Steigerung des Anlagenwirkungsgrades durch die verbesserte energetische Ausnutzung vorhandener Abwärmeströme im Hochtemperaturbereich, die erstmalige betriebliche Anwendung von thermoelektrischen Großmodulen und die daraus abgeleitete Anwendungsoptimierung für die Industrie. Mit kompakten und robusten Großmodulen zur dezentralen Erzeugung von Strom aus Abwärme wird die Effizienz der eingesetzten Primärenergie in den stahlverarbeitenden Unternehmen verbessert. Aufbauend auf der Erfassung des IST-Zustandes vorhandener Abwärmeströme im Werk wird ein TEG-Großmodul entwickelt und als Demonstrator gebaut. In ersten Laborversuchen mit unterstützenden Simulationsberechnungen wird der Grundbaustein für die endgültige Auslegung des TEG-Großmoduls gelegt. In den anschließenden Technikumversuchen wird das Großmodul unter betriebsnahen Bedingungen erprobt und weiterentwickelt. Es folgt die Langzeiterprobung an einer großtechnischen Anlage im Werk. Das Großmodul wird fortlaufend optimiert auf Basis des aktuellen Entwicklungsstandes. Nutzanwendungskonzepte überführt und für ökonomisch-technische Bewertungen genutzt. usw.
Das Projekt "SIEGEN : Waferbasierte thermoelektrische Generatoren für Temperaturen oberhalb 200 C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Airbus Defence and Space GmbH durchgeführt. Im Bereich der Aeronautik sind die Reduzierung des Wartungsaufwandes und die Gewichtsersparnis von oberster Priorität. Die Einführung neuer Technologien beispielsweise in ein Flugzeug gelingt nur, wenn neben dem Nachweis des Nutzens die Gewichtsbilanz positiv ist. EADS Innovation Works plant im Rahmen des Verbundvorhabens die Untersuchung thermoelektrischer Generatoren zur Energieerzeugung aus der sogenannten Zapfluft der Triebwerke. Hierfür werden extrem leichte und effiziente TEGs benötigt. Die Einsatztemperaturen können zwischen 200 und 400 C liegen. Es sollen zwei Unterschiedliche Anwendungen untersucht werden: Zum einen der Betrieb von Sensoren im Bereich von ca. 1-100mW und zum anderen der Betrieb von Aktuatoren im Bereich von ca. 10-100W. Autonome, drahtlose Sensoren können im Bereich des Zapfluftsystems zur Überwachung der Systeme (Temperatur, Leckrate) oder der Struktur (Triebwerksaufhängung) eingesetzt werden. Neben der Überwachung des Zapfluftsystems soll auch die Möglichkeit der Steuerung des Systems untersucht werden. Die Wärmetauscher beispielsweise beinhalten Aktuatoren (Ventile), die Mittels der erzeugten Energie betrieben werden könnten. Die Arbeitsplanung beinhaltet a) die Spezifikationen für die Aeronautik, b) die Begleitung der Technologieentwicklung, c) den Aufbau von Funktionsmustern und d) deren Feldtest.
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