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Einsatz von Sauerstoff-toleranten Hydrogenasen für die lichtgetriebene Wasserstoffproduktion

Das Projekt "Einsatz von Sauerstoff-toleranten Hydrogenasen für die lichtgetriebene Wasserstoffproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Berlin (Humboldt-Univ.), Institut für Biologie, Professur für Mikrobiologie durchgeführt. Die effiziente Kopplung der Photosynthese mit der H2-Produktion in einem einzigen Organismus stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar, deren Bewältigung substanziell zu der Lösung der heutigen Energieprobleme beitragen kann. Im Zentrum dieses Projektes steht die Kopplung Sauerstoff-toleranter Hydrogenasen aus Ralstonia species mit dem cyanobakteriellen Photosystem. Es werden zwei verschiedene Richtungen verfolgt. Erstens, die direkte Verknüpfung der Elektronentransportwege des Photosystems und Hydrogenase über Fusionsproteine und zweitens, der Transfer der Elektronen vom Photosystem auf Hydrogenase mittels natürlicher Elektronenüberträger. Parallel erfolgt die eingehende Charakterisierung der Hydrogenase-Photosystem-Fusionsproteine mittels spektroskopischer (AG Heberle, AG Dau) sowie elektrochemischer Methoden (AG Heberle, AG Rögner). Hydrogenasen aus Ralstonia eutropha werden für die Kopplungsexperimente zunächst als Modellkatalysatoren verwendet. In Zusammenarbeit mit der AG Lubitz sollen die strukturellen Vorraussetzungen der Sauerstofftoleranz auf molekularer Ebene aufgeklärt werden. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt werden die Grundlage bilden für die Etablierung eines zellulären Modellsystems, das aus Licht und Wasser Wasserstoff produziert. Außerdem dienen die Untersuchungen dem gezielten Engineering von hocheffizienten, H2-bildenden Hydrogenasen mit großer O2-Toleranz.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Outotec GmbH & Co. KG durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Konzepts zur Speicherung der bei Wind und Photovoltaik volatil anfallenden elektrischen Energie durch Fixierung von CO2 in Form von CH4. Zur Erzeugung des CH4 aus Strom wird durch Druckelektrolyse H2 gewonnen: CO2 + 4H2 - größer als oder gleich CH4 + 2H2O. Anschließend wird der Wasserstoff zu Methan umgesetzt. Das Methan muss vor der Einspeisung ins Erdgasnetz konditioniert werden. 2. Arbeitsplanung: Es soll eine Studie zur Entwicklung eines Anlagenkonzepts für die Methanisierung in der Gasphase durchgeführt werden. Diese beinhaltet Prozessrechnung, Anlagenauslegung, eine Abschätzung der Investitionskosten sowie Laborversuche. Das entwickelte Anlagenkonzept soll mit dem Konzept der Flüssig-Methanisierung verglichen und ein optimales Reaktorkonzept für den Gesamtprozess evaluiert werden.

Sustainable Chemistry by XES

Das Projekt "Sustainable Chemistry by XES" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Fachbereich Chemie durchgeführt. Sus-XES beschreibt den Bau eines dispersiven von Hamos-Spektrometers für die Untersuchung nachhaltiger katalytischer Prozesse zur Erzeugung grüner Treibstoffe mittels resonanter und nicht-resonanter Röntgenemissions-Spektroskopie. Diese Methodik erlaubt ein genaues Abbild der elektronischen Struktur an Metallzentren von Metallkomplexen zur photokatalytischen Wasser-Reduktion. Solche Reaktionen, die molekularen Wasserstoff aus Wasser produzieren, sind für eine zukünftige, nachhaltige Energieversorgung unabdingbar. Die rationale Verbesserung entsprechender Systeme setzt aber eine genaue Kenntnis ihrer Wirkungsmechanismen voraus. Die Aufklärung der Elektronenverteilung am katalytischen Zentrum durch Röntgenemission wird hierzu wichtige Beiträge liefern. Das hierzu nötige von Hamos-Spektrometer ist momentan an keiner nationalen Quelle verfügbar. Es soll deshalb an Hamburger Synchrotron PETRA III aufgebaut und eine Probenumgebung geschaffen werden, die Messungen an der lichtgetriebenen Wasserreduktion in einem breiten Bereich von Zeitskalen ermöglicht. Damit wird auch ein wichtiger Grundstein für die Untersuchung nachhaltiger ultraschneller Reaktionen am freien Röntgenlaser XFEL in Hamburg und anderen internationalen Quellen gelegt. Die erzielten Ergebnisse werden es deshalb mittel- und langfristig erlauben, durch rationales Design definierter elektronischer Katalysatorstrukturen, Prozesse zur Wasserstoffgenerierung durch Sonnenlicht zu optimieren. Experimente zur Untersuchung photokatalytischer Wasser-Spaltungsreaktionen werden zu diesem Zweck so angepasst, dass entsprechende Reaktionen am Synchrotron unter Bestrahlung mit Sonnenlicht und Analyse der entstehenden Gase durchgeführt werden können. Die simultane Kombination von Röntgenemission und IR-Spektroskopie wird ein tieferes Verständnis erlauben, als eine der beiden Methoden allein.

NIP-Programm: Der SauberBus ist unterwegs auf Hamburgs Straßen - Klimafreundlicher Nahverkehr - NaBuZ: Demonstration

Das Projekt "NIP-Programm: Der SauberBus ist unterwegs auf Hamburgs Straßen - Klimafreundlicher Nahverkehr - NaBuZ: Demonstration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hamburger Hochbahn AG durchgeführt. Die HOCHBAHN setzt auch im Busnetz auf umweltschonende Antriebstechnologien. Was die Technologie der Busse angeht, spielt Hamburg in der Königsklasse. Mit absoluter Vorbildfunktion', sagt Carsten Willms, Verkehrsexperte des ADAC. Unterstützt durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung und ein bundesweites Netzwerk von Institutionen und Unternehmen setzen wir uns dafür ein, die Elektromobilität voranzubringen. Gemeinsam mit unseren Projektpartnern arbeiten wir daran, die Vision vom klimafreundlichen Nahverkehr zu verwirklichen. Die HOCHBAHN engagiert sich seit jeher für die Umwelt und ist seit 2007 Umweltpartner der Stadt Hamburg. Eine Partnerschaft, die weniger eine freiwillige Verpflichtung, sondern vielmehr eine Herausforderung bedeutet, die sie gern erfüllt. Gemeinsam mit anderen namhaften Unternehmen übernimmt die HOCHBAHN Verantwortung für die Metropolregion. Mit der Erprobung neuer Antriebstechnologien, die auch in den Dieselhybridbussen zum Einsatz kommen, leistet sie einen konkreten Beitrag zum Klimaschutz. Bereits 1999 hatte die HOCHBAHN überaus positive Erfahrungen mit einem Brennstoffzellenbus sammeln können. Damals wurde der NEBUS (New Electric Bus) in der Vorweihnachtszeit als Christmas-Shuttle zwei Wochen in Hamburg eingesetzt. Weiter ging es im Jahr 2003 mit der Teilnahme Hamburgs am europaweiten Förderprogramm CUTE . CUTE steht für Clean Urban Transport for Europe . Neben der Hansestadt nahmen neun weitere europäische Städte daran teil. In jeder der Städte wurden drei Brennstoffzellenbusse eingesetzt, um die Chancen und Möglichkeiten von Wasserstoff als Energieträger im öffentlichen Personennahverkehr zu testen. Das Projekt hatte drei Kernziele: - Der emissionsfreie umweltfreundliche Energieträger Wasserstoff soll im öffentlichen Personennahverkehr etabliert werden. - Eine Infrastruktur zur Wasserstoffversorgung soll entwickelt werden. - Der Antrieb mit Brennstoffzellen unter verschiedenen topografischen, klimatischen und verkehrlichen Bedingungen soll in der Praxis erprobt werden. Der Start der zweiten Testphase erfolgte im Jahr 2006 mit dem europäischen Projekt HyFLEET:CUTE. Im Rahmen dieser Phase waren bis Juli 2010 in der Hansestadt bis zu neun Brennstoffzellenbusse im Einsatz.

Teilvorhaben A

Das Projekt "Teilvorhaben A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von bse Engineering Leipzig GmbH durchgeführt. Innerhalb des Vorhabens Bio-M soll ein neues flexibles und nachhaltiges Verfahren zur Erzeugung von Biomethanol aus biogenem Kohlenstoffdioxid und grünem H2 entwickelt und deren technische Mach-barkeit sowie industrielle Relevanz aufgezeigt werden. Vorteile liegen in den Vermarktungsmöglichkeiten des Methanols als biogene Plattformchemikalie sowie als Energie- und Wasserstoffspeicher, um die Energiedichte von Wasserstoff zu erhöhen. Fokus des Projekts ist die Entwicklung und Evaluierung stressresistenter, stabiler Katalysatoren, welche den Anforderungen der Realgaszusammensetzungen sowie einer fluktuierenden Betriebsweise entsprechen. Verfahrensparameter werden theoretisch und praktisch bestimmt und dienen der Bewertung des Verfahrens. Das Projekt unterteilt sich in 7 AP, wobei das AP 7 ein Querschnittspaket zur allgemeinen Projektverwaltung darstellt. Nach einer umfassenden Ermittlung der Grundlagen (AP1) wird eine technische Vorauslegung (AP2) angestrebt. Aufbauend auf dieser Vorauslegung wird eine Simulation (AP3) durchgeführt. Das Ergebnis wird in Form eines Labortest (AP4) technisch untersucht. Die Resultate der Realtestumgebung werden in der Validierung (AP5) fachlich analysiert. Im Anschluss können in der Skalierung (AP6) wichtige Aussagen für eine spätere industrielle Anwendung getroffen werden. Das Projekt gliedert sich in 2 Iterationen, wodurch Verbesserungspotentiale der 1. Iteration direkt analysiert und in die abschließende Skalierung einfließen können.

Teilprojekt 2: Entwicklung und Test eines Mehrstoffbrenners

Das Projekt "Teilprojekt 2: Entwicklung und Test eines Mehrstoffbrenners" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DBI - Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung eines Brenners für einen Zwiebelschalenreformer zur Verbrennung von Erdgas und wasserstoffhaltigem Reformatgas. Mit den Erkenntnissen soll ein Mehrstoff-Brenner mit einem Regelbereich zwischen 30 - 100 Prozent und Wasserstoffanteilen im Brenngas bis 75 Prozent entwickelt und in dem Zwiebelschalenrformer erprobt werden. Nach der Definition der Zielparameter des Zwiebelschalenreformers und den daraus resultierenden Anforderungen an die Einzelkomponenten wird ein Brennerkonzept für die Anlage erstellt. Die Einzelteile des Brenners und des Abgassystems werden gas- und strömungstechnisch ausgelegt und Konstruktionsunterlagen zum Brennerbau erstellt. Anschließend werden die Versuchsbrenner gefertigt und am Versuchsstand umfassend mit Erdgas und wasserstoffhaltigem Reformatgas getestet. Ein optimiertes Brennermodell wird in den entwickelten Zwiebelschalenreformer integriert und getestet. Entwicklungsschritte sind: Die Untersuchung von unterschiedlichen Materialien auf Ihre Eignung zum Einsatz in Brennern für die Verbrennung sowohl von Erdgas als auch von wasserstoffhaltigen Gasen. Die Erstellung eines Brennerkonzeptes zur Reformerbeheizung inkl. der notwendigen Sicherheitstechnik. Innerhalb des Konzeptes müssen sicherheitstechnische Aspekte wie Flammenüberwachung und Rückschlagsicherheit sowie umwelttechnische Aspekte wie sicherer Ausbrand und geringe Schadstoffemissionen berücksichtigt werden. Das Konzept wird anwendungsnahe in dem zu entwickelnden Zwiebelschalenreformer erprobt.

Teilprojekt 1; Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 1; Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH, Bereich Erneuerbare Energie, Institut für heterogene Materialsysteme durchgeführt. Projektziel ist die Charakterisierung der von den Partnern des Konsortiums hergestellten photokatalytisch-aktiven Materialien zur Untersuchung d. Wasserspaltung zu Wasserstoff und Sauerstoff. Dazu sollen eine Reihe von Standard-Analysetechniken eingesetzt u. modifiziert o. weiterentwickelt werden. Ein Schwerpunkt ist die in-situ-Analytik am BESSY (ISISS-Strahlrohr) für photokatalytische Untersuchungen eingesetzt u. weiterentwickelt werden. Ein zweiter Schwerpunkt ist die Herstellung von Halbleiterheteromaterialien (Komposite) und deren Austestung hinsichtlich der photokatalytischen Wasserspaltung (Device Entwicklung). 1: Wachstum von Halbleiter- Dünnschichten und Analytik/Charakterisierung;AP2: Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitrid-Schichten auf Halbleiter-Dünnschichten; Testreaktionen zur Wasserspaltung;Oxidationschemie;AP3: Herstellung und Charakterisierung von Kohlenstoffnitrid- Nanoschichten auf Halbleitern (u.a. Chalkopyrit-Dünnschichten); Testreaktionen zur Wasserspaltung; Oxidationschemie;AP4: Herstellung und Charakterisierung von Hetero-Halbleiterstrukturen auf der Basis von TCOs und Chalkopyrit; neue Bauelemente und Prototypen. Aufbau eines Teststandes;AP5: In-situ-Synchrotronanalytik/ISISS-Strahlrohr-BESSY/ Koop. AK Schlögl,Beller/Junge, Brückner:- Stabilitätstest und Massenspektrometrie - In-situ PES/XAS-Charakterisierung unter Lichteinstrahlung bei ca.1mbar und Kopplung mit Massenspektrometrie

ZEMSHIPS - Nullemissionsschiffe

Das Projekt "ZEMSHIPS - Nullemissionsschiffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt durchgeführt. Entwicklung eines Alsterdampfers mit Brennstoffzelle. Er bietet Platz für rund 100 Fahrgäste. Als Treibstoff dient Wasserstoff, der in den Brennstoffzellen mit Luftsauerstoff zu elektrischer Energie umgesetzt wird - und zu Wasserdampf. Für die Wasserstoffversorgung wird eine eigene Wasserstoff-Tankstelle errichtet. Nach intensiven Tests und dem O.K. durch den Germanischen Lloyd wird das Schiff ab Mitte 2008 Fahrgäste auf der Alster befördern. Der Prototyp soll weltweit Impulse für weitere Brennstoffzellen-Schiffe geben. Dazu erarbeiten die tschechischen Partner ein Computermodell des Antriebssystems, werten die Betriebsdaten aus und übertragen die Projektergebnisse auf andere europäische Städte.

Teilprojekt: ZSW

Das Projekt "Teilprojekt: ZSW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Ziele des vorgelegten Projektes sind Konzeption, Entwicklung, Realisierung und Erprobung eines für die chemische Speicherung von EE in Form von SNG bzw. Wasserstoff optimierten Gesamtanlagen-Prototypen zur Wasserstofferzeugung mit dem Alkalischen Elektrolyseprozess (AEL-Technologie) in der 300 kWe-Klasse, die Vorbereitung von Konzepten zur Hochskalierung in den energiewirtschaftlich relevanten Megawattbereich, die detaillierte Analyse der Subsystem- und Gesamtanlagenkosten und der Wertschöpfungskette. Das geplante Vorhaben versteht sich als Verbundprojekt unter Beteiligung des wissenschaftlichen Instituts Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und der KMUs SolarFuel GmbH (SolarFuel) sowie Enertrag HyTec GmbH (Enertrag HyTec). Das ZSW ist in diesem Projekt für die Projektleitung und Koordination, die Entwicklung eines Druck-Elektrolyseblocks und die Entwicklung neuer Balance-of-Plant-Systeme verantwortlich. Darüber hinaus arbeitet das ZSW gemeinsam mit den anderen Projektpartnern an der Elektrodenentwicklung, der Subsystem-Modularisierung, der Betriebsautomatisierung und der Kosten- und Wertschöpfungsanalyse mit.

Development of novel MEA components for MT-DMFC operation under atmospheric pressure conditions at the cathode

Das Projekt "Development of novel MEA components for MT-DMFC operation under atmospheric pressure conditions at the cathode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Background: Liquid fuel such as methanol have an about 3 times higher energy density than that of 700 bar pressurized hydrogen. However several drawbacks such as poor kinetics of methanol oxidation and methanol crossover to the cathode drastically lower energy efficiency and fuel yield (figure 1) in Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). One strategy to enhance overall efficiency consists on increasing cell working temperature up to 100-150°C. Objectives: This project aims at the development of a middle-temperature DMFC (MT-DMFC) with reduced cathodic air pressure and is structured in three major fields. The first one is devoted to the development of novel polymer membranes with low methanol permeation rate (ICVT, University of Stuttgart). The second one deals with the preparation of highly efficient and selective carbon-supported Pt and Pt bimetal catalysts for oxygen reduction in presence of methanol (DECHEMA-Forschungsinstitut). The ultimate goal is the construction of a five-cells stack assembly (ZSW, Ulm).

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