Das Projekt "Energetische und stoffliche Kopplung einer Biogasanlage mit einer Bioraffinerie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik (440), Fachgebiet Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) durchgeführt. Im Sinne der nachhaltigen Bioökonomie ist es sinnvoll, dezentrale Bioraffinerien zu betreiben. Das Konzept der Universität Hohenheim basiert auf der Kopplung mit einer Biogasanlage, die hier bezüglich Energie- und Massenflüsse weiter ausgearbeitet werden soll. Das Konzept beinhaltet eine landwirtschaftliche Bioraffinerie, die dezentral lokal erzeugte Biomasse in Plattformchemikalien herstellt. Der Fokus liegt bei Lignocellulosen, aus denen Hydroxymethylfurfural (HMF), Furfural (Fu) und Lignin erzeugt werden. Aus dem HMF können dann in größeren, zentralen Anlagen PEF für Verpackungen oder Fasern hergestellt werden. HMF selbst kann, wie auch Fu, als Ersatz für Formaldehyd in Harzen, z.B. für Spanplatten genutzt werden. Dies sind nur einige Beispiele, so können aus HMF auch Polyamide wie Nylon 6 und Nylon 6,6 hergestellt werden, oder als Zusatz in der Nahrungsmittel - und Pharmaindustrie dienen. Lignin kann als Füllmaterial zu Harzen zugesetzt werden, oder zu Phenolen gespalten werden, um damit selbst zu den Bestandteilen von Harzen werden. Eine andere Anwendung ist die Umwandlung zu hochwertigen Kohlenstoffmaterialien für Elektroden und Superkondensatoren. In diesem Projekt wird die energetische und stoffliche Kopplung mit einer Biogasanlage, zunächst am Beispiel der Versuchsanlage im 'Unteren Lindenhof', berechnet werden. Dieser Ansatz wird anschließend verallgemeinert, um das Gesamtpotenzial und geeignete Standorte für Deutschland zu ermitteln.
Das Projekt "Superkondensatoren als Puffersysteme zur Speicherung von elektrischen Energien in Automobilanwendungen (Skipper)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines dezentralen Puffersystems, welches extrem schnell geladen werden kann, eine hohe Lebensdauer besitzt und eine den bisher eingesetzten Anlagen entsprechende Energiedichte aufweist. Diese Energiespeicher sollen später in Automobilen und Haushalten als dezentrale Lösungen eingesetzt werden. Dabei kann das Fahrzeug neben dem Nutzen im Individualverkehr zusätzlich als dezentraler Energiespeicher verwendet werden, was zu einer Entlastung der Stromnetze führt und einen weiteren Mehrwert für die Elektromobilität darstellt. Der erwartete Fortschritt gegenüber dem aktuellen Stand der Technik liegt in der Entwicklung von Nanokohlenstoff-basierten Superkondensatoren. Diese verbesserten Superkondensatoren sind vergleichsweise leicht herstellbar, kommen ohne seltene Erden aus und verfügen über extrem kurze Ladezeiten und eine um ein Vielfaches höhere Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Speicherlösungen. Die Projektpartner Fraunhofer IPA (Deutschland) und AIST (Japan) werden eng über einen Zeitraum von 3 Jahren zusammenarbeiten, die gemeinsame Projektarbeit miteinander abstimmen und sich in ihren Kompetenzen ergänzen. Der Schwerpunkt des Fraunhofer IPA wird die Auslegung des Gesamtsystems, die Integration und die Projektabwicklung sein, während der Fokus des AIST auf der Materialentwicklung und der Charakterisierung liegen wird.
Das Projekt "Teilvorhabentitel: Fertigung und Testung von Elektrodenmaterialien für den Aufbau von Superkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Kondensatoren GmbH durchgeführt. Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren(MWCNT)-Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die MWCNT-Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung (kurz EPD) und die chemische Gasphasenabscheidung (kurz CVD) eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung (kurz ECD) und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in 6 Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide (z. Bsp. Pulse Plating), die Charakterisierung sowie die Abscheidung aus nichtwässrigen Elektrolyten und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die Schwerpunkte 5 und 6 beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Das Projekt "Teilprojekt SGL Carbon GmbH: Entwicklung von Elektrodenmaterialien für Doppelschichtkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGL Carbon SE durchgeführt. Im Rahmen von EnergyCap werden Hochleistungsspeicher mit deutlich verbesserter Leistungsfähigkeit aufgebaut. Die SGL entwickelt dabei das Elektrodenmaterial, das eine Schlüsselkomponente darstellt, da dort die Ladungsspeicherung stattfindet. Auf Basis der bisherigen Arbeiten werden geeignete Rohmaterialien ausgewählt und möglichst poröse Materialien gefertigt. Dabei muss eine bestimmte Porenstruktur realisiert werden, da diese sonst nicht aktiv zur Energiespeicherung beitragen können. Die SGL entwickelt ein Material, das für die jeweiligen Kationen und Anionen des Elektrolyten optimal zugänglich ist. Neben dem Syntheseprozess ist die Entfernung unerwünschter Verunreinigungen ein Bestandteil der Entwicklungsarbeit. Die Reinheit beeinflusst die Lebensdauer und den Widerstand im späteren Supercap sehr.
Das Projekt "Innovative Elektrochemische Superkondensatoren (IES)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Das IES-Projekt hat die Entwicklung von Doppelschichtkondensatoren (SCs) mit einer verbesserten elektrochemischen Leistung und erhöhten intrinsischen Sicherheit für die Anwendung in Hochspannungs- und Hochleistungssystemen zum Ziel. Hierbei sollen u.a. neuartige Elektrolyte entwickelt werden, die auf Mischungen von Proypylencarbonaten mit ionischen Flüssigkeiten basieren, die gegenüber herkömmlichen Elektrolyten eine verbesserte Performance aufweisen. Geeignete Elektrolyte sollen in Kondensator-Prototypen hinsichtlich Performance und Sicherheit getestet werden. Ein weiterer Aspekt ist der Versuch der Synthese von Graphen in ionischen Flüssigkeiten, das seinerseits als neuartiges Elektrodenmaterial interessant ist. Im Rahmen des Projektes werden gängige Methoden zur wissenschaftlichen Synthese von neuen Verbindungen angewendet. Bei der Analyse werden z.B. Ionenchromatographie, IR- und NMR-Spektroskopie eingesetzt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von Anwendungsfällen und Businessmodellen für Hybride Supercaps in der Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Die wirtschaftlich erfolgreiche Umsetzung der Elektromobilität ist auf Basis heutiger Energiespeicher, vor allem auf Basis von Lithium-Ionen-Batterien (LIB), unmöglich: LIBs sind zu teuer, haben eine zu geringe Lebensdauer und sind nicht für gepulste Applikationen ausgelegt. Hinzu kommen Probleme bei Anwendungen bei hohen Temperaturen (größer als 60 Grad Celsius). Das Projekt HyBaCap hat die Entwicklung effizienter elektrochemischer Hybrid-Energiespeicher zum Ziel, die eine hohe Leistung (größer als10 kW/kg) mit hoher Energie (größer als 50 Wh/kg) verbinden. Durch nanoskalige Hybridisierung von porösem Kohlenstoff und Batterie-Elektrodenmaterialien wird somit eine höhere Energie als bei Superkondensatoren aber zugleich eine höhere Leistung als bei Batterien erreicht. Die HyBaCap Zellen werden durch gezielte Optimierung der Anode, Kathode und des Elektrolyten umfassend auf die Anforderungen der Elektromobilität ausgelegt. Zyklenstabilität und Lebensdauer werden auch bei höheren Temperaturen (bis 100 Grad Celsius) evaluiert. Durch die komplementäre Expertise von Bosch (Kathode), INM (Anode) und IOLITEC (Elektrolyt) wird somit erstmals eine ganzheitliche Optimierung erreicht werden. Ausgangspunkt für die Zellmaterialien sind kommerzielle Aktivkohle und herkömmliche Elektrodenmaterialien, die jedoch zur Leistungsoptimierung auf nanoskaliger Ebene vermengt werden müssen. Um maximale Leistungsparameter zu erreichen werden zudem neuartige Elektrodenmaterialien, vor allem 2D-Nanokarbide (MXene) und optimierte Nanokohlenstoffe mit optimierter Porenstruktur sowie hochleistungsfähige Elektrolyte (ionische Flüssigkeiten) evaluiert. Alle Prozesse werden durch parallelisierte Kostenanalysen und Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen begleitet. Elektrodenherstellung wird zudem am INM InnovationsZentrum auf Skalierbarkeit ausgelegt, so dass am Ende des Projektes quadratmetergroße Elektrodenherstellung möglich ist. Hieraus resultierende Zellen werden unter direkter Nutzung von Lastprofilen aus der Automobilindustrie getestet werden.
Das Projekt "Hochleistungsspeicher für Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energieversorgung, mobilen Bordnetzen und Traktionsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von W. Westermann Spezialkondensatoren e.K. durchgeführt. Die neu entwickelten Ausgangsmaterialien sind in einer den Kundenanforderungen entsprechenden neu zu entwickelten Zelle zu integrieren, die vollautomatisch gefertigt werden kann, und den Anforderungen aller am Projekt beteiligten Anwendern entspricht. Der derzeitige Stand der Zellentechnik ist im Detail zu überprüfen und festzuhalten. In enger Zusammenarbeit mit den Partnern sind die Eigenschaften der neuen Ausgangsmaterialien derart festzulegen, dass diese entsprechend automatisiert verarbeitet werden können. Ein besonderer Schwerpunkt bildet hierbei die Qualität und Lebensdauer der neuen Zelle. Die notwendige Prozesstechnik ist in Bezug auf die neuen Ausgangsmaterialien zu gestalten. Prototypen dieser neuen Zelle müssen Dauerversuchen sowie verschiedenen mechanischen Tests unterzogen werden.
Das Projekt "Superkondensatormodul für elektrische Energiespeicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Liebherr-Werk Biberach GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, ein elektrisches Energiespeichersystem für Hybridfahrzeuge aber auch für erneuerbare Energieerzeugungssysteme mit höherer Energiedichte zu Entwickeln. Unter Nutzung solche Energiespeichersysteme wird die Wirkungsgrad des Fahrzeuges bzw. Performance der Windenergieanlagen deutlich erhöht. Die Liebherr-Werk Biberach GmbH übernimmt die Aufgabe, ein Elektronikmodul für Superkondensatormodulen zu entwickeln und Muster für Inbetriebnahme und Test zur Verfügung stellen. Das Elektronikmodul beinhaltet folgende Funktionen: Symmetrierung, Überwachung, Diagnose, und Kommunikation. Ferner wird Liebherr-Werk Biberach GmbH ein komplettes Kondensatormodul für höhere Spannungen und Leistungen entwickeln, welches dann direkt in Liebherr Maschinen verwendet werden kann. Wir haben den Auftrag zur Entwicklung der Elektronikkomponenten an das mit uns verbundene Unternehmen Liebherr Elektronik GmbH vergeben, da wir bereits auf vielen Gebieten zusammenarbeiten. Daher kennt die Liebherr Elektronik GmbH unsere Einsatzbedingen und es existieren gute beiderseitige Kommunikationswege.
Das Projekt "Teilvorhaben: Universität Hohenheim" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik (440), Fachgebiet Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) durchgeführt. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Konzeptes für eine Bioraffinerie zur Herstellung von nachhaltigen und technologisch hochwertigen Materialien aus kostengünstigen und leicht verfügbaren Ausgangsmaterialien, wie Forstrückstände, Maisabfälle und Gärreste. Die Materialien, die hergestellt werden, sind Aktivkohlen mittlerer Oberflächengröße zur Aufbereitung von Biogas aus Biogasanlagen und hochoberflächigen Aktivkohlen für die Speicherung von elektrischer Energie in Superkondensatoren. Das Projekt wird in Kooperation mit zwei lateinamerikanischen Partnern (Mexiko und Kolumbien) und einem Partner aus Europa (Portugal) realisiert werden, die sich mit dem Forschungsbereich der grünen Materialien intensiv beschäftigen, die jedoch bisher getrennt gearbeitet haben. Die sozialwirtschaftliche Entwicklung von allen Partnerländern und insbesondere von den lateinamerikanischen Ländern wird durch Nutzung der reichlich vorhandenen regionalen Ausgangsrohstoffe für die Entwicklung von hochtechnologischen Anwendungen unterstützt. Darüber hinaus spielt die 'Food-vs.-Fuel' Problematik keine Rolle, da die Ausgangsmaterialien für dieses Projekt keinen Nahrungswert besitzen. Für die Aktivkohleherstellung werden die Biomassen zuerst mittels Pyrolyse oder hydrothermaler Karbonisierung (HTC) vorbehandelt und danach physikalisch mit CO2 oder chemisch mit KOH, ZnCl2 und H3PO4 aktiviert. Jeder Schritt der Bioraffinerie soll theoretisch und, wenn notwendig, mit Experimenten im Labormaßstab untersucht, bewertet und optimiert werden. Dies enthält die Berechnung der theoretischen Massen- und Energiebilanzen, sowie die Feststellung der optimierten Parameter für die Pyrolyse, die hydrothermale Karbonisierung und die Aktivierung. Schließlich sollen die hergestellten Aktivkohlen als Adsorbens für CO2 in Biogassystemen (mitteloberflächigen Aktivkohlen) und als Elektrode in Energiespeicherungssystemen (hochoberflächigen Aktivkohlen) getestet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklungen nanostrukturierter Substrate und deren Modifikation in Kombination mit elektrochemischer Charakterisierung der resultierenden Elektrodenmaterialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren (MWCNT) Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung und die chemische Gasphasenabscheidung eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in sechs Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide, die Charakterisierung und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die letzten Schwerpunkte beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
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