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.
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 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.
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 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.
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 erhebliche Steigerung des Ertragspotentials wurde bei Durumweizen bisher mit der Linienzüchtung erreicht. Wesentliche Zuchtfortschritte verspricht man sich bei dieser Weizenart von der bei Fremdbefruchtern üblichen Hybridzüchtung unter der Voraussetzung, dass sich ein genügend hoher Heterosiseffekt erzielen lässt (Heterosis = Mehrertrag einer Hybride gegenüber dem Elternmittel). Sollte dies der Fall sein, würde die erstmalig bei Durumweizen angewandte Hybridzüchtung eine neue innovative Züchtungsstrategie darstellen. Allerdings gibt es bisher wenige Erkenntnisse über das Ausmaß der Heterosis bei Durumweizen.In einer Studie in Kooperation mit dem CIMMYT in Mexiko wurden aus fünf deutschen und fünf mexikanischen Eltern 45 Hybriden erstellt, die in vier Umwelten (zwei in Deutschland, zwei in Mexiko) geprüft wurden. Die ermittelten Heterosiswerte sind im Vergleich zu den Erfahrungen bei anderen Getreidearten sehr hoch und zeigen, dass im Mittel über 30 Prozent Mehrertrag gegenüber dem Elternmittel erreichbar sein kann. Diese Ergebnisse deuten an, dass auch bei Durumweizen durch die Hybridzüchtung eine wesentliche Erhöhung der Leistung möglich ist.
General Information: The aim of the project is to develop an air metal hydride battery which meets the performance targets of part 2.4.A.2.1.1. of the JOULE Workprogramme. The air metal hydride battery is composed of a metal hydride electrode and a catalytic air electrode using oxygen from the atmosphere. During charge water is split into hydrogen and oxygen. The hydrogen is stored in a special metal alloy. During discharge the process is reversed and water is formed. With such an air breathing system a very high specific energy (Wh/kg) is possible. The overall capacity is proportional to the capacity of the metal hydride which is high compared to most other available rechargeable electrodes. The idea of an air metal hydride battery dates back to the seventies, but the relatively few attempts to make such a battery have not been very successful yet according to the literature. Nevertheless, some of the partners in the present proposal have worked with the idea since 1988 and developed and patented a very promising concept based on an allcaline aqueous electrolyte. Complete batteries packs of 24 V, 21 Ah, 360 W have been constructed and a specific energy of 86 Wh/kg, an energy density of 120 Wh/l, a sustained specific power of 61 W/kg and 150 discharge cycles have been obtained. The consortium has reason to believe that the result obtained represents the state-of-the-art word wide for this battery system. These figures are a strong proof of principles but the battery still needs a large amount of further development to be of commercial interest and to meet the JOULE performance targets. The proposing consortium is composed of partners from 4 EU member states and 1 associated state, to ensure the maximum expertise on all the technical aspects of the varied components of the battery. The consortium is also made with a balanced participation of universities and industries to direct it towards commercialisation. Judging from the massive success of the nickel metal hydride battery the air hydride battery will have great opportunities as a next generation hydride battery. Prime Contractor: Danmarks Tekniske Universitet, Department of Physical Chemistry; Lyngby.
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.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 49 |
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| Förderprogramm | 49 |
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|---|---|
| offen | 49 |
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