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Die Thermodynamik des Flüssigwasserstofftanks

Für den automobilen Einsatz von Wasserstoff als Energieträger ist die Speicherung eine der zentralen Fragen. Bei der Flüssigspeicherung wird Wasserstoffgas durch Abkühlung auf -253 Grad C verflüssigt und als siedende Flüssigkeit in einem aufwendig isolierten Behälter bei einem Druck zwischen 2 und 8 bar gespeichert. Da Systeme heutiger Auslegung über keine aktive Kühlung verfügen, ist ein geringer Wärmeeintrag unvermeidlich. Dieser führt zu einem stetigen Druckanstieg, usw.

FORMEN - Fortschrittliche Metallhydridspeicher für den Energie- und Kraftstoffmarkt, Teilvorhaben: Herstellung und Testung von Leichtmetallhydrid-Graphit-Verbundmaterialien

Im F/E-Verbundvorhaben FORMEN sollen fortschrittliche Metallhydrid-Speichermodule entwickelt werden, in denen optimierte leichtmetallbasierte HGV (Hydrid-Graphit-Verbundwerkstoffe) zum Einsatz kommen sollen. Die gesamt 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. Für die Erreichung der Projektziele sind acht Arbeitspakete vorgesehen, die zeitlich und ressourcenseitig sorgfältig geplant wurden: 1. Anwendungsanalyse, Konzeptumsetzung; 2. Herstellung HG-Verbundmaterial; 3. Werkstoffcharakterisierung; 4. In-operando-Neutronen-Untersuchungen von MH-Speichern; 5. FEM-Simulationen; 6. Demonstratoranwendung; 7. Verwertung der Ergebnisse; 8. Projektmanagement.

Brennstoffzellen-Hybridanlage für ein Flusskreuzfahrtschiff 'RiverCell' Entwicklung und Erprobung Testinstallation

H2Hybridtank - Demonstration eines kostengünstigen hybriden Druck-Festkörper-Wasserstoffspeicherfunktionsmodells für zukünftige Anwendung im PKW, Teilvorhaben: Speicher-Material-Synthese, Speichersystemsimulation, -design und -test

Gegenüber heutigen Hochdruck-H2-Komposittanks soll durch einen wesentlich niedrigeren Beladedruck von höchstens 300 bar und eine preisgünstigere, recyclingfähige Tankhülle aus Stahl oder Aluminium eine deutliche Kostensenkung und bessere Lebenszyklus-Bilanz erreicht werden. Schwerpunkte des Teilvorhabens sind die Auswahl, Optimierung und Identifizierung von Kostensenkungspotenzialen des/der Wasserstoffspeichermaterials/ien und der Synthese für das Demonstrator-Tanksystem, die thermochemische und wärmetechnische Simulation des Wasserstoffspeichersystems für dessen Designoptimierung, sowie Konstruktion und Bau eines Demonstrator-Tanksystems.

HyINTEGER: Untersuchungen zur Integrität von Bohrungen und technischen Materialien in geologischen H2-Untergrundreservoiren, Teilprojekt: Untersuchungen zum Einfluss mikrobieller Prozesse auf die Materialintegrität in Bohrungen

Ziel der in 'HyINTEGER' geplanten Forschungsarbeiten ist die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen den technischen Einrichtungen eines Wasserstoffspeichers (Porenspeicher) und den natürlichen (Untergrund-) Bestandteilen. Im Rahmen des Teilprojektes 3 werden grundlegende Erkenntnisse zu den komplexen Wechselwirkungen zwischen den zur Installation und Komplettierung der Bohrungen verwendeten Materialien mit dem Gestein, den Fluiden (insbesondere Wasserstoff) und der mikrobiellen Lebensgemeinschaft (Biozönose) gewonnen. Dabei werden verschiedene Bedingungen insbesondere in Bezug auf die Temperatur, den Druck und die Salinität betrachtet. Die Wechselwirkungen zwischen den Bohrfluiden, der Verrohrung, der Zementation und verschiedenen Einbauten werden in Experimenten unterschiedlicher Komplexität erforscht, um das geowissenschaftliche Verständnis in Bezug auf den Einfluss biologischer Prozesse auf die Alteration und Korrosion von Werkstoffen zu erweitern. Ein wesentliches Ziel der Untersuchungen ist die Bewertung des Einflusses mikrobieller Stoffwechselprozesse auf die Bohrungsintegrität und die Korrosion an den ober- und untertägigen Installationen.

Teilprojekt Simulation/Bewertung, Teilprojekt Kohlenstoffe/Komposite

Teilvorhaben Up-Scaling/Demonstratorbau, Teilvorhaben: 'Hydride' & 'Polymer Folien'

NIP II: DELFIN - Erforschung alternativer Materialien und Fertigungsprozesse für kosten- und gewichtsreduzierte Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff, NIP II - DELFIN: Erforschung alternativer Materialien und Fertigungsprozesse für kosten- und gewichtsreduzierte Druckbehälter aus endlosfaserverstärktem Kunststoff

Nutzung von CO2 und H2 zur fermentativen Gewinnung flüssiger und gasförmiger Energieträger

Die 20-20-20 Ziele der EU sehen eine verstärke Nutzung der Regenerativen Energien in Europa vor. Die größten Potentiale werden im Bereich der Wind- und Solarenergie gesehen, jedoch können diese keine konstante Energiebereitstellung leisten. Kurzfristige Stromspitzen entgegen dem Strombedarf reduzieren die Wirtschaftlichkeit der Energiebereitstellung sowie die Stabilität der Stromnetze. Entsprechende Kapazitäten an Überschussstrom können über den Weg der Elektrolyse in Wasserstoff konvertiert und somit auf diese Weise speicherbar gemacht werden. Derartige Möglichkeiten sowie auch die H2-Nutzungspfade sind zwar technisch machbar, jedoch nach ökonomischen und energetischen Gesichtspunkten nicht realistisch. Ziel des Projektes Hydrofinery ist die mikrobiologische Verwertung von H2 und CO2 zu gasförmigen und flüssigen Energieträgern. Darüber hinaus soll auch eine alternative Speichermöglichkeit von H2 bzw. CO2 über das Intermediat Acetat in Aussicht gestellt werden. Aufbauend auf einer Literaturrecherche (TLR1) wird ein detailliertes Versuchssetup erstellt (TLR2), dass in einem umfangreichen Screening (TLR3) mündet, wo gezielt homoacetogene Mikroorganismen, Clostridien und methanogene Archaeen selektiert und ihre Stoffwechselvarianten nach verschiedenen Gesichtspunkten wie bspw. Biomassekinetik, Umsatzraten und Produkthemmung ausgelotet werden. Die Prozesskaskade besteht im Wesentlichen aus 2 Stufen. In der ersten Stufe werden mittels homoacetogenen Mikrooganismen H2 und CO2 zu Acetat, einem speicherbaren Intermediat, umgesetzt. In der zweiten Stufe werden 2 fermentative Folgeprozesse in Betracht gezogen. Einerseits kann ein gasförmiger Energieträger, Biomethan, durch die Umsetzung von Acetat durch acetoklastische Archaeen gebildet werden. Andererseits können flüssige Energieträger, in erster Linie Biobutanol, Bioethanol und Bioaceton, durch den ABE-Prozeß (Clostridien) hergestellt werden. Alternativ wird auch eine direkte Verwertung von H2 und CO2 zu Biomethan durch hydrogenotrophe Mikroorganismen eingehend beleuchtet. Das Projekt ist durchzogen mit vielen innovativen Elementen, wobei die größten Herausforderungen im Bereich der Mikroorganismen-Immobilisierung zur technischen Lösung der Produkthemmung sowie der Auslotung einzelner Stoffwechselvarianten der untersuchten Mikroorganismengruppen gesehen werden.

ChemEFlex - Umsetzbarkeitsanalyse zur Lastflexibilisierung elektrochemischer Verfahren in der Industrie, Teilvorhaben: Studie zur Erhöhung der Flexibilität durch unterstützende Batteriespeicher sowie durch alternative Nutzungsmöglichkeiten des Wasserstoffs

Dieses Projekt hat das Ziel, die Flexibilitätspotenziale der Chlor-Alkali-Elektrolyse (CAE) zu bestimmen und wirtschaftlich zu bewerten. Das Teilvorhaben befasst sich mit der Untersuchung des möglichen Einsatzes von Batteriespeichern und anderen Technologien zur Wasserstoffnutzung zum Erhöhen der Flexibilität von CAE Anlagen. Von den Technologien zur Wasserstoffnutzung steht die Umwandlung von Wasserstoff und Kohlendioxid zu Methanol im Hauptfokus. Erweiterte Geschäftsmodelle über die Integration eines Batteriespeichers oder einer Anlage zur Methanolherstellung stehen auch im Fokus der technoökonomischen Betrachtung.

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