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s/energieumwndlung/Energieumwandlung/gi

Untersuchung von Erschuetterungsauswirkungen durch Ramm- und Ruettelgeraete auf erdverlegte Rohrleitungen

Im Tiefbaubereich werden Ramm- und Verdichtungs- (Ruettel-) Arbeiten durchgefuehrt, deren Schwingungsbelastungen sich im Untergrund fortpflanzen und Auswirkungen auf Bauwerke haben. erschuetterungserzeugende Geraete sind vor allem Bodenverdichter sowie Rammen oder Meissel zum Einbringen von Bauteilen oder z.B. zum Brechen von Fahrbahndecken. Fuer erschuetterungsempfindliche Bauwerke wie z.B. fuer erdverlegte Versorgungsleitungen, Gebaeude oder auch Gebaeudeeinrichtungen (z.B. Rechenzentrum) muessen entweder die Emissionen reduziert oder es muss ein ausreichender Immissionsschutz hergestellt werden. Einen gleichen Stellenwert wie der bauliche Erschuetterungsschutz haben Erschuetterungseinwirkungen auf Menschen in Gebaeuden. Die Erschuetterungsausbreitung im Untergrund ist in hohem Masse von den Untergrundverhaeltnissen, den eingesetzten Geraetschaften sowie von der Gelaendegeometrie abhaengig. Speziell fuer erdverlegte Versorgungsleitungen ist der Einfluss der Bettung von Bedeutung. Das Randwertproblem ist in der Fachliteratur bislang nur unter Beruecksichtigung idealisierter Annahmen behandelt. Als Einwirkungen auf den Untergrund wird ein breites Spektrum der Frequenzen sowie wirkenden Energien betrachtet. Die Stoffgesetze fuer die anstehenden Boeden enthalten sowohl die Parameter Saettigungsgrad als auch die hysteretische Daempfung. In Parameterstudien ist ausser einer Variation des Abstandes zwischen Erregerquelle und dem zu beurteilenden Punkt auch eine Variation geometrischer Groessen des Bauwerkes vorgesehen. Zentraler Punkt sind Untersuchungen zum Einfluss der Einbettungs- und Ueberschuettungsbedingungen. Im Hinblick auf Sackungen unterhalb der Rohrleitung sind vor allem auch die Auswirkungen einer Ueberhoehung der Schwingungsamplitude zu untersuchen. Als numerisches Verfahren ist die FEM herangezogen. Die Abbildung des Halbraumes erfolgt mit Hilfe infiniter Elemente. Zur Ueberpruefung der Guete der numerischen Ergebnisse sind fuer einfache, genau definierte Faelle Feldmessungen vorgesehen.

First-principles kinetic modeling for solar hydrogen production

The development of sustainable and efficient energy conversion processes at interfaces is at the center of the rapidly growing field of basic energy science. How successful this challenge can be addressed will ultimately depend on the acquired degree of molecular-level understanding. In this respect, the severe knowledge gap in electro- or photocatalytic conversions compared to corresponding thermal processes in heterogeneous catalysis is staggering. This discrepancy is most blatant in the present status of predictive-quality, viz. first-principles based modelling in the two fields, which largely owes to multifactorial methodological issues connected with the treatment of the electrochemical environment and the description of the surface redox chemistry driven by the photo-excited charges or external potentials.Successfully tackling these complexities will advance modelling methodology in (photo)electrocatalysis to a similar level as already established in heterogeneous catalysis, with an impact that likely even supersedes the one seen there in the last decade. A corresponding method development is the core objective of the present proposal, with particular emphasis on numerically efficient approaches that will ultimately allow to reach comprehensive microkinetic formulations. Synergistically combining the methodological expertise of the two participating groups we specifically aim to implement and advance implicit and mixed implicit/explicit solvation models, as well as QM/MM approaches to describe energy-related processes at solid-liquid interfaces. With the clear objective to develop general-purpose methodology we will illustrate their use with applications to hydrogen generation through water splitting. Disentangling the electro- resp. photocatalytic effect with respect to the corresponding dark reaction, this concerns both the hydrogen evolution reaction at metal electrodes like Pt and direct water splitting at oxide photocatalysts like TiO2. Through this we expect to arrive at a detailed mechanistic understanding that will culminate in the formulation of comprehensive microkinetic models of the light- or potential-driven redox process. Evaluating these models with kinetic Monte Carlo simulations will unambiguously identify the rate-determining and overpotential-creating steps and therewith provide the basis for a rational optimization of the overall process. As such our study will provide a key example of how systematic method development in computational approaches to basic energy sciences leads to breakthrough progress and serves both fundamental understanding and cutting-edge application.

Waermespeicherung in Metallhydriden

Die Eigenschaft bestimmter Metalle, Wasserstoff chemisch als Hydrid zu binden stellt eine Alternative zu der Gas- und Fluessigspeicherung dar. Bei der Bildung des Metallhydrides werden Wasserstoffmolekuele gespalten und Wasserstoffatome an Zwischengitterplaetzen geeigneter Metalllegierungen eingebaut. Die Wasserstoff-Metall-Reaktion setzt in Abhaengigkeit des eingesetzten Metalls Bildungswaerme bis zu 30 Prozent des unteren Heizwertes von Wasserstoff frei. Im Verlauf der Rueckreaktion kann aufgrund der Hydridzersetzung Wasserstoff abgegeben und Waerme verlustlos gespeichert werden. Die Bildung von Hydriden als Funktion von Druck, Temperatur und Wasserstoffkonzentration im Metall wird in Konzentrations-Druck-Isothermen erfasst. Die Umwandlung von Metall in Metallhydrid findet unter konstantem Wasserstoffdruck bei gleichbleibender Temperatur statt. Schwerpunktmaessig werden Magnesiumhydride, Hydride der 3 d-Uebergangsmetallreihe und Hydride auf Basis der seltenen Erden im Hinblick auf ihr thermodynamisches Verhalten, ihre Reaktionskinetik, ihre Waermeleitfaehigkeit, ihrer Speicher- und Zyklisierungsstabilitaet untersucht. Hierbei hat sich herausgestellt, dass Metallhydride technisch sinnvoll und wirtschaftlich einsetzbar sind, wenn die Reaktion der Metalle mit Wasserstoff nicht allein zur Wasserstoffspeicherung dient, sondern zusaetzliche Funktionen mit den Systemen erfuellt werden koennen. Die Waermetoenung empfiehlt Hydride nicht nur als Wasserstoff-, sondern auch als Waermespeicher. Die Kombination zweier Hydridspeicher auf unterschiedlichem Temperaturniveau kann als Waermepumpsystem funktionieren. Zur Zeit steht die Entwicklung verfahrenstechnischer Simulationsprogramme im Vordergrund, die es erlauben, die gemessenen thermodynamischen Daten als Basis fuer die Voraussagen des Betriebsverhaltens grosstechnischer Energiespeicher zu treffen.

Nachhaltige Speicher- und Energieverteilungssysteme in kleineren und mittleren Kommunen unter Berücksichtigung gesellschaftlicher Akzeptanz der Energiewende, Teilvorhaben: Energiesystemanalyse im Kontext der Energiewandlung und -speicherung erneuerbarer Energieträger

Nachhaltige Leistungselektronik mit innovativer Kühlung zur Steigerung der Rezyklierbarkeit, Teilvorhaben: Technologische Varianten und Umrichtersystem

Nachhaltige Leistungselektronik mit innovativer Kühlung zur Steigerung der Rezyklierbarkeit, Teilvorhaben: Energieeffizientes Recycling

Nachhaltige Leistungselektronik mit innovativer Kühlung zur Steigerung der Rezyklierbarkeit, Teilvorhaben: Direktgekühlte Leistungselektronik mit gesteigerter Rezyklierbarkeit

Nachhaltige Leistungselektronik mit innovativer Kühlung zur Steigerung der Rezyklierbarkeit, Teilvorhaben: Erforschung von rezyklierbaren Magnetika

Windpumpenanlage mit pneumatischer Leistungsuebertragung zur Wasserfoerderung aus Tiefbrunnen

Zielsetzung: Entwicklung einer Windpumpenanlage fuer Schwachwindgebiete, die mit einer Kopplung von Verdichter (am Rotor) und pneumatisch betriebener Tiefbrunnenpumpe arbeitet. Insbesondere muessen dazu ein Verdichter mit an die Erfordernisse angepasster Kennlinie und eine geeignete Pumpe entwickelt werden. Das Prinzip erscheint aussichtsreich fuer den Einsatz in technisch niedrig entwickelten Trockengebieten. Arbeitsprogramm: Voruntersuchungen zur Realisierbarkeit und Abschaetzung der erreichbaren Leistungsfaehigkeit von Verdichter, Pumpe und Leistungsuebertragung sowie des Gesamtwirkungsgrades. Parallel dazu Konkretisierung der Einsatzbedingungen; Konstruktion der Komponenten der Anlage; Bau und Erprobung zunaechst an der Hochschule, dann im Anwenderland.

Energieoptimaler Beschleunigungsantrieb und Downsizing-Schleifen

Bisher haben energetische Gesichtspunkte beim Betrieb von Stellantrieben nur eine nebengeordnete Rolle gespielt. Die große Zahl von Einsatzfällen lässt sie jedoch zu einer nicht mehr zu vernachlässigenden Größe für mögliches Energieeinsparpotential bei der Wandlung von elektrischer in mechanische Energie werden. Das Vorhaben setzt an den Vorzügen energieoptimaler Bewegungssteuerung und wendet sie weit konsequenter als bisher zum Downsizing von Baugrößen rotierender und linearer Stellmotoren an, indem die geometrischen Wachstumsgesetze z.B. für Effektivmoment und Trägheitsmoment für eine weitere Energieeinsparung genutzt werden und sich zu einer Downsizingschleife entwickeln lassen. Deshalb ist es das Ziel des Vorhabens, die Anwendbarkeit der oben beschriebenen Downsizing-Schleife unter Berücksichtigung aller relevanter Verlustleistungsquellen qualitativ und quantitativ in Theorie und im Experiment nachzuweisen, die Anwendungsfelder auch unter Einbeziehung motornaher energieoptimaler Steuerverfahren (lastabhängige Feldschwächung) abzustecken und den Einfluss von betriebsmäßigen Begrenzungen zu klären. Die Erkenntnisse sollen ausgehend vom starren auf schwingungsfähige mechanische Antriebssysteme übertragen werden, wobei die transiente Energiespeicherung im Feder-Masse System ausgenutzt werden soll.

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