Metallhydride können einen wichtigen Beitrag für eine umweltfreundliche Energienutzung leisten. Hydrid-Wärmetransformatoren, -wärmepumpen und -kälteanlagen können aus niederwertiger Antriebswärme Hochtemperaturwärme sowie Nutzwärme und -kälte für die Klimatisierung bereitstellen. Hydrid-Wärmespeicher können in Solaranlagen oder der Industrie eingesetzt werden; Hydrid-Wasserstoffspeicher können in brennstoffzellen-getriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden und damit zur Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen. Die hohen Kosten der Metallhydride und die teure Herstellung der Hydridbehälter (Reaktoren) sind das größte Hindernis bei der Nutzung dieser Technologien. In diesem gemeinsamen Forschungsvorhaben sollen am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE), Universität Stuttgart in Zusammenarbeit mit dem Indian Institute of Technology (IITM) (gefördert durch das indische Non-Conventional Energy Ministry-MNES) neue, kostengünstige, aus herkömmlichen und leicht verfügbaren Metallen herstellbare Hydridlegierungen hergestellt und charakterisiert sowie leistungsfähige, einen guten Wärme- und Stofftransport aufweisende, kostengünstige Reaktoren für Wasserstoffspeicher und Wärmepumpen entwickelt werden.
Die Verwendung von Pikrinsäure (2,4,6-Trinitrophenol) als Sprengstoff hat zu bedeutenden Umweltbelastungen geführt. Die Toxizität der Pikrinsäure (PA) und dessen mutagenes Reduktionsprodukt 2-Amino-4,6-Dinitrophenol schafft ein wirtschaftliches Interesse, die großen Mengen an PA in Altlasten und Abwasserströmen mikrobiologisch zu entfernen. Die Basis für die geplanten Arbeiten sind Bakterien der Gattungen Nocardioides und Rhodococcus, die über Reduktion des aromatischen Ringes und Bildung eines Hydrid-Meisenheimer (H-Pikrat) Komplexes PA als alleinige Stickstoffquelle verwenden. Zwei Enzyme aus Nocardioides simplex übertragen H von NADPH auf PA unter Bildung des H-Pikrat Komplexes. Teile der für den PA-Abbau vermeintlichen genetischen Information aus Rhodococcus opacus HL PM-1 wurden mit der Differential-Display-Technik gefunden. Ziel ist es, die Gene und Genfunktionen des gesamten PA-Abbauweges zu identifizieren und zu charakterisieren, sowie die biochemischen Kenntnisse zu vertiefen. Dies ist entscheidend für die Entwicklung von Systemen zur Entfernung von PA und für die Erschließung von neuartigen Degradationssystemen für TNT.
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.
Ziele des Teilprojektes RevAl an der Arbeitsstelle Mülheim sind die Synthese, die strukturelle Charakterisierung und die kinetische Optimierung neuer reversibler Wasserstoffspeichermaterialien basierend auf AlH3-Stickstoffverbindungen. Generell sind viele dieser Verbindungen unter Normalbedingungen nicht stabil und zerfallen unter Abgabe von Wasserstoff. Um solche instabilen Verbindungen dennoch synthetisieren und untersuchen zu können, sind tiefe Temperaturen und/oder hohe Gasdrücke erforderlich. Damit sind aber auch besondere Anforderungen an die instrumentelle Ausstattung, das Probenhandling und die Synthese notwendig. Diese Expertise soll im Laufe des Projektes entwickelt und optimiert werden. Um Erfahrungen bei der Synthese und Charakterisierung zu sammeln, werden zunächst stabilere Systeme der Aminoalane im Fokus der Untersuchungen stehen. Diese werden im Laufe des Projektes auf die instabilen Systeme ausgeweitet. In der ersten Projektphase wird neben der Synthese die instrumentelle Entwicklung von Tieftemperaturzellen zur strukturellen Charakterisierung mit Hilfe von Röntgenpulverdiffraktometrie im Vordergrund stehen. Im folgenden Projektschritt werden instabile System synthetisiert, strukturell charakterisiert und optimierte Bedingungen für die Wiederbelebung (Rehydrierung) ggf. mit Hilfe von Katalysatoren ermittelt und die Materialien für die Anforderungen eines Feststoffwasserstoffspeichers für Brennstoffzellenfahrzeuge optimiert.
Combined mixtures of polymeric diphenyl-methane diisocyanates (pMDI) with Urea-formaldehyde (UF) - resins can provide alternative adhesives with improved properties. Although such adhesives are reportedly industrially used in some cases, a fundamental understanding of their influence on the panel properties is still lacking. The aim of this project is an investigation of the correlation of the colloidal appearance of such selected hybrids with the gluing, pressing and final panel properties. During the 1,5 years of study several formulations as well as the UF/pMDI hybrid adhesives-panel properties interactions have been experimented and tested in laboratory scale. This presented project reports on the results of (a) x-ray diffraction analysis (XRD) of the cured mixtures of pMDI with UF resin adhesives which present a certain percentage of microcrystallinity, this being due exclusively to the proportion of urea-formaldehyde resin present in the mix, (b) polarized light optical microscopy (PLOM) to present colloidal structures in which oligomers and colloidal structures of one resin have migrated within the colloidal structures of the other resin, and (c) solid state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of the hardened UF/pMDI resin systems showing that urethane bridges derived by the reaction of the isocyanate group with the hydroxymethyl group of urea do form, even at fast curing times, but they appear to form in lower proportions than what has already been shown to occur at much longer curing times. Also the simultaneous visualization of UF resin, pMDI and their combined mixtures on MDF fibre and panels is shown. Through the use of confocal laser scanning microscopy (CLSM) and dual fluo-rescent labels, the distribution and coverage of different UF resins, one emulsifiable and one non-emulsibiable pMDI and their mixtures have been quantified. Analysis of the UF resin, pMDI and their mixes gave resin coverage values generally in accord with the resin loading in the MDF panels. The resin distribution of the UF resins and pMDI was typical for dry-blending with some evidence of overlap of droplets at higher UF resin content. Substantial differences in coverage and distribution were obtained between the samples for UF resins. Some interactions of resin and pMDI on unpressed fibre and MDF were also determined by this image analysis method. Finally the panel proprieties as well as the formaldehyde emissions were evaluated. Best results concerning the improvement of the panel properties were obtained for gluemixes with low molar ratio UF 0,75:1 and emulsifiable pMDI. Starting from a ratio UF/pMDI of 70/30 all qualitative requirements of the international standards could be passed. However, lower Formaldehyde emissions, satisfying the requirements of F** (E1), were only reached using gluemixes with lower molar ratio UF. (abridged text)
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.
Ziele des Teilprojektes im Gesamtprojekt RevAl ist neben der Synthese eines komplementären Alazan-Portfolios die thermodynamisch Charakterisierung der Verbindungen mittels Kalorimetrie unter Anwendungs-, d.h. unter und Hochdruckbedingungen. Die Untersuchungen sollen dazu dienen, systematische Trends bei der Variation der molekularen und strukturellen Eigenschaften zu erkennen, so dass eine gezielte Optimierung der Materialien auf den Anwendungsfall im Druckbereich bis 700bar erfolgen kann. Neben der thermodynamischen Charakterisierung werden spektroskopische Untersuchungen zur Verbesserung möglicher Katalysatoren für die reversible Beladung durchgeführt. Am Anfang des Projekts werden neben der Synthese von geeigneten Startverbindungen vor allem apparative Maßnahmen zur Erweiterung des Druckbereichs der Hochdruckkalorimetrie (im Wesentlichen Wärmeflusskaloriemetrie) sowie der Beladbarkeit über volumetrische Messung in den Bereich von 700bar erfolgen. Daraufhin werden die eigensynthetisierte, bei Raumtemperatur stabile Aminoalane in Bezug auf deren Rehydrierbarkeit und den dabei vorkommenden Wärmetönungen untersucht. Sobald die instabilen Hydride der Mühlheimer Arbeitsgruppe vorliegen, werden diese gleichartigen Untersuchungen unterzogen. Nach Identifikation geeigneter Alazan-und Katalysatormaterialien wird die Katalysator-Alazan-Wechselwirkung röntgenphotoelektronspektroskopisch untersucht und mit den strukturellen Ergebnissen zur Wirkungsoptimierung in Bezug gesetzt.
Die Alkylierung von Isoalkanen mit Alkenen, insbesondere von Isobutan mit Butenen ist ein wichtiger Teilprozess in der Raffinierung von Erdoel zu hochwertigem Benzin. Das Produkt besteht hauptsaechlich aus verzweigten Oktanisomeren und besitzt eine hohe Oktanzahl. Die Reaktion wird durch Saeure katalysiert, grosstechnisch wird entweder Flusssaeure oder Schwefelsaeure verwendet. Die hohe Toxizitaet der Flusssaeure und die Korrosivitaet der Schwefelsaeure sind der Grund dafuer, auf ungiftige, nichtkorrosive und billige feste Katalysatoren umzusteigen. Saure Zeolithe scheinen eine geeignete Alternative, insbesondere FAU, BEA und EMT. Um kommerziell attraktiv zu werden, muss allerdings die Lebensdauer der Katalysatoren erhoeht werden. Das Projekt soll den Einfluss der Saeurezentren auf den Hydridtransfer, der der entscheidende Schritt der Reaktion darstellt, untersuchen und Wege finden, Hydridtransfer zu erleichtern, welches die Lebensdauer des Zeolithen verlaengert.
Ziel des Vorhabens ist die Herstellung von langzeitstabilen Hydrid-Graphit-Verbundwerkstoffen für hydridbasierte H2-Speichertanks mit sehr hoher Dynamik. Hierdurch lassen sich zum einen für die Anwendung als Wasserstoffspeicher kurze Betankungszeiten realisieren. Zum anderen können die Ergebnisse auch auf die thermische Anwendung von Hydridbildnern übertragen werden. Die Untersuchung der Langzeitstabilität der Verbünde sowie die Entwicklung des Demonstrators werden hierbei am DLR durchgeführt. Im Rahmen des Projektes sollen durch den Partner Fh IFAM katalytische aktivierte Pulver (hydridische als auch hydridbildende) über Misch- und Mahlprozesse mit bestimmten Graphitmodifikationen und anschließender uniaxialer Konsolidierung derart in einen Hydrid-Graphit-Verbund verarbeitet werden, dass dieser mit extrem hoher Dynamik mit Wasserstoff be- bzw. entladen werden kann. Die entstehenden Materialverbünde werden gemeinschaftlich mit den beim jeweiligen Partner verfügbaren Analysemethoden auf ihre praxisrelevanten Eigenschaften (Sorptionsdynamik, Wärmeleitfähigkeit, Gaspermeation) untersucht. Am DLR wird zudem schwerpunktmäßig die Langzeitstabilität von Verbünden technisch relevanter Größe ermittelt. In der zweiten Projekthälfte wird dann am DLR aufbauend auf den erzielten Ergebnissen ein Demonstrator für eine technische Anwendung realisiert.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 47 |
| Europa | 3 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 22 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 47 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 47 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 41 |
| Englisch | 9 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 27 |
| Webseite | 20 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 23 |
| Lebewesen und Lebensräume | 23 |
| Luft | 19 |
| Mensch und Umwelt | 47 |
| Wasser | 20 |
| Weitere | 47 |