Aktuell
Projektleiter: Tim Franken
Projektzeitraum: 08.2022 - 07.2026
Projektwebseite: Energie-Innovationszentrum
Ziel:
Im ESC Lab sollen die drei Ebenen für Sektor-gekoppelte Energiesysteme – Wärme, Strom und Mobilität – in einem CO2 neutralen Kreislaufansatz, basierend auf Wasserstoff, abgebildet werden. Auf allen Ebenen werden dafür die entsprechenden Elemente des Kreislaufansatzes entwickelt und optimiert, beginnend mit der Wasserstoffproduktion in unterschiedlichen Druckstufen und Verfahrenstechniken entsprechend des gewünschten Einsatzes (Hochdruck --> Mobilität, Niederdruck --> weitere Synthese). Darauf aufbauend geht es um die Weiterverarbeitung des Wasserstoffs zu den synthetischen Kohlenwasserstoffen Methan und Methanol, sowie deren Rückverstromung im Oxyfuel-Prozess für eine emissionsfreie Rückführung der Abgase, in Form von hochkonzentrierten und reinen CO2, in den Stoffkreislauf. Dabei wird jede der drei Ebenen in einem verständnisbasierten und simulationsgestützten Entwicklungsprozess im engen Austausch mit den EIZ-Einrichtungen EECON, DIVERSY, Scale-Up Lab, MoWes und SCL, für den Einsatz im Kreislaufsystem optimiert und weiterentwickelt.
In dem neu aufzubauenden ESC Lab wird mit fortschrittlicher Messtechnik eine detaillierte Charakterisierung der Materialien, Komponenten und der Prozessführung sowie der Optimierung ihres Zusammenspiels angestrebt. Dazu wird aufbauend auf detaillierten experimentellen Analysen eine neuartige modellbasierte Simulations- und Optimierungsplattform entwickelt, die eine umfangreiche Prototypenvalidierung im frühen Entwicklungszeitraum ermöglicht.
Projektleiter: Hayat El Harrab
Projektzeitraum: 10.2022 - 09.2025
Projektwebseite: BTU-BAM Graduiertenkolleg
Ziel:
Der Betrieb von Gasmotoren mit grünem Wasserstoff ist eine Zukunftstechnologie zur Erreichung der CO2-Neutralität im Energie- und Verkehrssektor. Die Anhebung des Verdichtungsverhältnisses und die Aufladung der Ansaugluft führt zu einer Steigerung des thermischen Wirkungsgrads, und höheren Verdichtungsdrücken und -temperaturen während des Motorbetriebs. Um die daraus resultierende hohe mechanische und thermische Beanspruchung der Kolbenringe und Zylinderoberflächen zu vermeiden werden Schmieröle eingesetzt.
Aufgrund der höheren Selbstentzündungsneigung von Motorölen im Vergleich zu Wasserstoff kann das Öl unter bestimmten Bedingungen eine Selbstentzündung verursachen, was zu Vorentflammung bei niedriger Drehzahl (LSPI) führen kann. Die LSPI erzeugt starke Druckgradienten im Brennraum, die Bauteile wie Kolben und Ventile zerstören können. Niedrige Viskositäten und ein hoher Kalziumgehalt im Schmieröl können die Vorentflammungsraten weiter steigern. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen der Schmieröleigenschaften auf LSPI in Wasserstoffmotoren besser zu verstehen.
In dem gemeinsamen Forschungsprojekt der BTU Cottbus-Senftenberg und dem BAM-Kompetenzzentrum "H2Safety@BAM" wird der Selbstzündungsprozess von Schmierölen in Wasserstoff/Luft-Gemischen erforscht. Es werden zwei Ansätze zur Untersuchung des Selbstentzündungsprozesses verfolgt:
1. Eine experimentelle Untersuchung des Einflusses der Schmieröleigenschaften unter motorrelevanten Bedingungen,
2. eine numerische Untersuchung zum Verständnis der Auswirkungen physikalischer und chemischer Prozesse auf die Selbstentzündung von Schmierölen.
Die Ergebnisse werden zur H2-Sicherheit beim Betrieb von Gasmotoren beitragen, indem optimale Schmierstoffeigenschaften zur Vermeidung von LSPI vorgeschlagen werden, während gleichzeitig eine angemessene Schmierung gewährleistet wird.
Ergebnisse
- Grundlegendes Verständnis des Einflusses von Schmierstoffeigenschaften auf die Vorentflammung in Wasserstoff/Luft-Gemischen
- Validiertes detailliertes kinetisches Modell zur Vorhersage der Vorentflammung in Wasserstoff/Luft-Gemischen und Zugabe verschiedener Schmierstoffe
Beitrag zur H2-Sicherheit durch Bewertung der optimalen Eigenschaften von Schmierstoffen zur Verhinderung von Vorentflammung in Wasserstoffmotoren
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Fabian Mauß
Projektzeitraum: 10.2021 - 10.2025
Projektwebseite: WIRE
Ziel:
Bis zum Jahr 2030 wird erwartet, dass die Bio-basierte Wirtschaft in Europa erheblich wachsen wird. Eine der Säulen dieser Bioökonomie ist das Konzept der BIO-RAFFINERIE, welche die nachhaltige Verarbeitung verschiedener Arten von Abfällen und Biomasse zu einem Spektrum von marktfähigen Produkten und Energie zum Ziel hat. In der Vergangenheit wurden viele Forschungsanstrengungen unternommen, um die Umwandlungsprozesse besser zu verstehen die für eine echte Kreislaufwirtschaft benötigt werden. Jedoch ist dieses WISSEN in Europa zersplittert und ungleichmäßig verteilt. In mehreren Ländern fehlt es an einer angemessenen Politik und an öffentlichem Engagement, um die anstehenden Herausforderungen zu bewältigen. HARMONISIERUNG muss auf ROBUSTEM WISSEN aufbauen und auf der Fähigkeit, die GESAMTE WERTSCHÖPFUNGSKETTE abzudecken, von den Ausgangsmaterialien bis zu den vermarktbaren Produkten... Das ist das Ziel von WIRE.
Die COST-Aktion WIRE gliedert sich in 4 ARBEITSGRUPPEN (AG), die Experten aus Hochschulen, der Industrie und Organisationen für den Technologietransfer zusammenbringen und die Bereiche (1) Rohstoffe, (2) Bioraffinerie-Umwandlungstechnologien, (3) Bioraffinerie-Anwendungen und (4) Kommunikation und Veröffentlichung abdecken. Die AGs werden proaktiv dazu beitragen, (i) die Kreislaufwirtschaft zu fördern, (ii) die Bioenergie und die Bioökonomie zu fördern, (iii) Forschung und Innovation in diesem Bereich zu fördern, (iv) die angewandte Forschung im Hinblick auf die Umsetzung von Bioraffinerien zu fördern, (v) die EU-weite Harmonisierung der wissenschaftlichen und technischen Ansätze zu fördern und damit die Zusammenarbeit mit den politischen Entscheidungsträgern und der Industrie zu erleichtern, (vi) den Weg für eine effektivere Verbindung mit den relevanten Industriesektoren zu ebnen und deren Interesse zu wecken.
Projektleiter: Jana Richter
Projektzeitraum: 01.2020 - 03.2023
Projektwebseite: T-Cell
Ziel:
Zukünftig werden 22 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 10 Lehrstühlen und Arbeitsgruppen am Standort Cottbus in dem Projekt "TURBO Fuel Cell F&E“ multidisziplinär zusammenarbeiten.
Mit der Entwicklung des hocheffizienten, hybriden Energiewandlers aus Hochtemperaturbrennstoffzellen und Mikrogasturbine (Bauart: TURBO Fuel Cell) in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer Gesellschaft (IKTS Dresden) wird ein wichtiger Beitrag zur Erhöhung der Effektivität der Energieausnutzung geleistet. Damit einhergehend findet eine Reduzierung des Primärenergiebedarfs statt und die technische Realisierung der Energiewende wird durch die effektive Verknüpfung des Gas- und E-Netzes durch die "TFC1.0-Energy-Server" unterstützt.
Im Rahmen dieses vom BMWi geförderten Projekts (7. Energieforschungsprogramm) werden in der Projektphase 1 die für Hybridsysteme aus Mikrogasturbinen (MGT) und Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) benötigten Komponentensysteme aus existierenden und neuen Subsystemen entwickelt.
Der "Energiewandler der Zukunft", basierend auf einem Mikrogasturbinen-Brennstoffzellen-Kreisprozess (MGT-SOFC / Bauart: TURBO Fuel Cell), liefert die Lösung für die hocheffiziente Rückverstromung von Wasserstoff und Methan aus erneuerbaren Energiequellen. Diese erfolgt bei der MGT-SOFC mit einem elektrischen Wirkungsgrad von mehr als 65- 70% (Weltrekord, TFC-Bauart 1.0).
Im Rahmen des Projekts werden in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS aus Dresden die für ein solches Hybridsystem erforderlichen Anlagekomponenten (SOFC, Hochtemperatur-Brennstoffzellen) mit den erforderlichen Eigenschaften, wie sie z.B. für die hybride, "Cottbuser TURBO Fuel Cell 1.0" notwendig sind, entwickelt. Dabei sollen zum Teil bereits existierende Teilkomponenten für den Einsatz angepasst und weitere Subsysteme mit erforderlichen Eigenschaften entwickelt werden.
Das multidisziplinäre Projekt (Phase 1, Jan. 2020 bis Dez. 2021) wird im Rahmen des Sofortprogramms für die Braunkohleregionen durch das BMWi gefördert.