Brennstoffzellensysteme werden erst wirtschaftlich und ökologisch nachhaltig, wenn eine Kreislaufwirtschaft um das Produkt aufgebaut wird. Denn (Primär-)Platin, das Teil der MEA ist, hat einen erheblichen Anteil am CO2-Fußabdruck und den Kosten eines Brennstoffzellenstacks. Außerdem haben Brennstoffzellensysteme eine hohe Wertschöpfung, die am Ende des ersten Produktlebenszyklus so weit wie möglich erhalten bleiben sollte. Brennstoffzellekomponenten, insbesondere die MEA, weisen nach einer gewissen Betriebszeit chemische Degradationserscheinungen auf und können nicht unmittelbar weiterverwendet werden. Sobald ein Brennstoffzellenstack an sein Lebensende gelangt oder aufgrund eines Defekts frühzeitig ausfällt, muss sein Zustand beurteilt werden. Daraus muss abgeleitet werden, ob eine Reparatur des Stacks in Form eines Austauschs degradierter Zellen möglich ist. Falls nicht, muss der Brennstoffzellenstack demontiert, entsprechend befundet und ggf. Einzelkomponenten wiederaufbereitet werden, um der Anforderung eines möglichst hohen Wertschöpfungserhalts gerecht zu werden. Komponenten, die aufgrund irreversibler Degradationserscheinungen nicht mehr aufbereitet werden können, müssen im Sinne der Nachhaltigkeit möglichst sortenrein einem Recycling zugeführt werden. Unter Berücksichtigung der erwarteten Stückzahlen müssen daher bereits jetzt Konzepte für die automatisierte Zustandsbeurteilung und Demontage von Brennstoffzellenstacks, mit dem Ziel einer Kreislaufwirtschaft, entwickelt werden, um langfristig zum Erfolg der Technologie beizutragen. ISRA untersucht im Teilvorhaben in AP3 Inline-Messtechniken zur Erkennung von Korrosion, Deformation und Anhaftung von Dichtungsresten bei demontierten Bipolarplatten. In AP4 wird ISRA versuchen, mit Hilfe von Methoden der Produktionsanalyse bei der Untersuchung der Korrelationen der Parameter für den Aufbau eines vereinfachten Alterungsmodells mitzuwirken. In AP5 werden die Ergebnisse aus AP3 in einen Demonstrator überführt.
Die Verbundpartner erarbeiten gemeinsam ein Konzept, um Baumaschinen für den Spezialtiefbau CO2-emissionsfrei betreiben zu können. Hierfür ist die Entwicklung eines Antriebssystems bestehend aus Wasserstoff-Brennstoffzelle, Peripherie-Komponenten ('balance of plant'), elektronischer Steuerung, Pufferbatterie und Tanksystem sowie die Einbindung in das elektronische und mechanische System des Großdrehbohrgeräts geplant. Als Basis dient ein elektro-hydraulisches Spezialtiefbaugerät der BAUER Maschinen GmbH, das aktuell entweder mit Strom aus dem Netz oder aus Akkus gespeist wird. Das Brennstoffzellensystem sowie die zusätzlich notwendigen Komponenten wie H2-Speicher und Kühlungseinheit werden möglichst universell einsetzbar als Plug-In-Modul konzipiert. Innerhalb des Projekts werden Betriebsstrategien von Brennstoffzelle und Pufferbatterie im Hinblick auf technische und wirtschaftliche Anforderungen untersucht. Darüber hinaus stehen Simulation und Entwicklung des Kühlkonzepts inklusive Auswahl passender Komponenten im Fokus. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt ist das gezielte Beeinflussen der Schallemissionen, die beim Betrieb von Baumaschinen eine Belastung für Geräteführer und Umwelt darstellen. Gestützt durch Aeroakustik-Simulationen und dem Ableiten von schallreduzierenden Maßnahmen ist es das Ziel, die Emissionen im Vergleich zu einem konventionellen, dieselbetriebenen Gerät erheblich zu senken. Ein weiterer Schwerpunkt wird die Wasserstoffbereitstellung und -Speicherung sowohl generell für eine Baustelle als auch konkret auf der Baumaschine sein. Nach dem Aufbau der Gesamt-Steuerung werden die Module zur Validierung des Gesamtkonzepts als Anbau-Aggregat auf einem BAUER Gerät installiert und im Praxiseinsatz erprobt.
Das Forschungsprojekt 'R2Stack' verfolgt das Projektziel der Entwicklung einer Prozesskette zur hochratenfähigen Produktion von CCM und MEA für die Brennstoffzellenherstellung. Der primäre Fokus des Projekts liegt in der Entwicklung von hochgetakteten Prozessen und Betriebsmitteln zur Herstellung von CCMs im Rolle-zu-Rolle-Prinzip mit integrierter Qualitätsüberwachung und Reparaturkonzept. Des Weiteren soll ein entsprechendes, ebenfalls hochratenfähiges Fertigungskonzept für die Assemblierung der MEAs von der Rolle entwickelt werden. Der sekundäre Fokus des Projektes liegt in der Konzeptentwicklung für die hochratenfähige Weiterverarbeitung der MEAs in Form des Stackings, welcher die Sicherstellung der Verwertungspotentiale gewährleisten soll. Basis für die Entwicklungen ist ein vorhandenes MEA-, BPP- sowie Brennstoffzellendesign des assoziierten Partners PowerCell Sweden, welches dem Projektkonsortium im Rahmen des Projekts zur Verfügung gestellt wird. Dieses soll im Projektverlauf validiert und im Einklang mit den zu entwickelnden Fertigungsprozessen eine entsprechende Designrichtlinie für MEAs abgeleitet werden, um große Stückzahlen prozesssicher produzieren zu können. Der Verbundprojektpartner Laufenberg liefert die für die hochratenfähige MEA-Fertigung notwendige CCM auf Rolle. Hierfür wird der vorhandene Herstellungsprozess optimiert und angepasst, sodass dieser die notwendige Hochratenfähigkeit erreicht. Die Qualitätssicherung ist dabei ein wichtiger Aspekt. Der Ausschuss soll auf = 5 % reduziert und in enger Zusammenarbeit mit der Projektpartner Fraunhofer ENAS ein inline Reparaturkonzept entwickelt werden. Parallel zur der Herstellung der realen CCM entwickelt Laufenberg eine 'Dummy-CCM', die für die Entwicklung und Anpassung des hochratenfähige MEA-Fertigungsprozess notwendig sind. Dies spart Ressourcen und reduziert die notwendigen Kosten.
Die mikrobielle Umsetzung von organischem Material zu dem erneuerbaren Energieträger Methan ist eine bewährte und verbreitete Strategie der effektiven Abfallwirtschaft. In einem solchen methanproduzierenden Milieu nutzen elektrisch verbundene Bakterien und Archaeen direkten Interspezies-Elektronentransfer (DIET), als Alternative zum Interspezies-Formiat- und Wasserstofftransfer (IHT). Grundlegende Aspekte der mikrobiellen Ökologie in Bezug auf DIET sind dabei jedoch noch unerforscht, insbesondere der Stellenwert für die Biogasproduktion. Bis jetzt haben sich Studien zum Großteil auf DIET in Ko-Kulturen von wenigen Modellorganismen beschränkt, die für die Abwasserbehandlung in UASB-Reaktoren (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) eine Rolle spielen. Wir beabsichtigen weithin anwendbare Erkenntnisse über die Zusammenhänge der syntrophen mikrobiellen Gemeinschaft und dessen Funktion in mesophilen und thermophilen Biogasreaktoren mit Hilfe moderner molekularbiologischer und mikrobiologischer Methoden zu generieren, um letztendlich eine höhere Prozessstabilität und Effizienz zu ermöglichen. Zentrale Ziele sind die Identifizierung neuer Organismen die an DIET beteiligt sind und das Verständnis der zugrundeliegenden genetischen Mechanismen. Der Schwerpunkt wird auf Bioabfall vergärende Anlagen liegen, die sich wesentlich von mesophilen UASB Reaktoren durch Konstruktion, Betriebsweise, Temperatur und Substratzusammensetzung unterscheiden. Wir vermuten, dass DIET ein weit verbreiteter Alternativprozess zum IHT bei der anaeroben Vergärung von Biomasse ist, wobei beide Prozesse wahrscheinlich parallel ablaufen. In dem vorgeschlagenen Projekt wird DIET erstmals in thermophilen aber auch in mesophilen Systemen Gegenstand der Forschung sein. Ein weiteres Ziel ist die Identifizierung neuer Substrate, die von den syntrophen Konsortien während DIET umgesetzt werden können. Hier wird der Fokus auf syntrophe Propionat- und Butyratoxidierer liegen, die für den anaeroben Abbau von organischem Material eine Schlüsselrolle spielen. Mittels Metagenomik wird das Stoffwechselpotential rekonstruiert und Genexpressionsmuster im Zusammenhang mit IHT und DIET werden mittels Transkriptomik untersucht. DIET ist möglicherweise vorteilhaft für die Stabilität des Vergärungsprozesses, da die Produktion von Wasserstoff umgangen wird, welcher schon in geringer Konzentration die Oxidation von kurzkettigen Fettsäuren inhibieren kann. Deshalb planen wir physiologische Vorteile von DIET gegenüber IHT in Anreicherungskulturen zu untersuchen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind essentiell um das Potential der Biogasproduktion im vollen Umfang auszuschöpfen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse auch für andere Forschungsgebiete relevant sein, wo elektrisch verbundene Mikroorganismen eine Rolle spielen, beispielsweise bei der Minimierung von Treibhausgasemission in methanogenen Habitaten oder bei der Nutzung in mikrobiellen Brennstoffzellen.
Das Konsortium des Verbundprojekts MarrakEsH hat es sich zum Ziel gesetzt, für die Energieversorgung von Privathaushalten, kleineren Unternehmen, kritischen Infrastrukturen (z.B.Kommunikationsanlagen) und/oder mobilen Netzersatzanlagen sowie netzfernen Verbrauchern ein regeneratives, effizientes, autarkiefähiges Konzept zu erforschen und dieses als Demonstrator umzusetzen. Schlüsselelemente sind dafür ein neuartiger, modularer Multi-Port-Umrichter auf der Basis von Gallium-Nitrid-Leistungshalbleitern und dazu passenden Magnetika, die konfigurierbare Firmware für eine Mikrocontroller Unit mit Schaltfrequenzen im Megahertz-Bereich und eine innovative Wasserstofftechnik, bestehend aus einem Metallhydrid-Wasserstoff-Speicher samt dem dafür optimierten Brennstoffzellensystem. In einem Gesamtsystem, das aus mehreren Teilsystemen zur Erzeugung, Umwandlung und Speicherung von Energie besteht, ermöglicht der modulare Multi-Port-Umrichter gegenüber einem konventionellen Ansatz eine deutliche Reduktion der Wandlungsschritte elektrischer Energie und der damit einhergehenden Verluste. Durch den Einsatz des Metallhydrid-Wasserstoff-Speichers kann die Wasserstofftechnik ohne Bedenken auch in Privathaushalten oder besonders gefährdeten Umgebungen sicher verwendet werden. Das optimierte Management der elektrischen und thermischen Energieflüsse im System gewährleistet jederzeit die Verfügbarkeit der notwendigen elektrischen Energie. Zudem erlaubt die systematische Hebelung von Synergien zwischen den Teilsystemen eine effiziente, sinnvolle Nutzung der unvermeidbaren Abwärme. Der modulare Aufbau mit neuesten Bauteiltechnologien erlaubt eine einfache Skalierung und/oder Erweiterung des Systems und dient zudem der Verringerung von Wartungsaufwand, Herstellungskosten und Bauraum. GKN Hydrogen: Aufbau und Erprobung einer Anlage zur regenerativen und autarken Energieversorgung. Erforschung von Potentialen in der prozesstechnischen Optimierung zwischen dem Speicher und der Brennstoffzelle