Ziel des Energy and Conversion Labs ist die Abbildung der vier Ebenen für Sektor-gekoppelte Energiesysteme – Wärme, Strom, Speicherung und Mobilität – in einem CO2 neutralen Kreislaufansatz, basierend auf grünem Wasserstoff.
Auf allen Ebenen werden die entsprechenden Elemente des Kreislaufansatzes entwickelt und optimiert, beginnend mit der Erzeugung von grünem Wasserstoff, gefolgt von der Weiterverarbeitung zu synthetischen kohlenwasserstoff- und stickstoffbasierten Kraftstoffen sowie deren Speicherung, Transport und Umwandlung in Strom und Wärme. Jede der vier Ebenen wird durch wissensbasierte Optimierung und digitale Zwillingsprozesse in engem Austausch mit grundlegenden Experimenten und fortgeschrittener Materialcharakterisierung entwickelt.
Wasserelektrolyse mit Anionenaustauschmembran (AEM) für eine flexible und effiziente Wasserstoffproduktion
Die Entwicklung der AEM-Technologie erfolgt im Labormaßstab mittels Multiskalenexperimenten und Simulationen, um ein neuartiges AEM-Konzept mit edelmetallfreien Katalysator- und Membranmaterialien zu entwickeln und zu verifizieren. Das Degradationsverhalten der MEA-Materialien wird untersucht, um die Eignung dieser Materialien für industrielle AEM-Elektrolyseure zu bewerten.
- Derzeitige Skalierung: 100 cm2
- Ziel im EIZ: 360 cm2
- Dauerhaltbarkeit: bis zu 1000 Betriebsstunden
Innovative Hochdruckelektrolyse zur Wasserstofferzeugung für mobile und stationäre Anwendungen
Elektrochemische Umwandlung von H2O in H2 und O2 bei spezifischen Tankdrücken (>300 bar) wird untersucht. Dazu wird ein neuartiges Ring-Stack-Design für kompakte und robuste Anwendungen entwickelt.
- Elektrochemische Umwandlung bei tankspezifischen Drücken bis zu 300 bar und später bis zu 700 bar
- Konzeptentwicklung von hochdruckstabilen Ringstack-Konstruktionen
- Detaillierte Untersuchung von Membranen, Interkonnektoren und Monopolarplatten
Optimierte Methan- und Methanolsynthese und Charakterisierung der Katalysatoroberfläche
- Entwicklung von Katalysatoren auf Ceriumoxidbasis für die CO2-Hydrierung bei niedrigen Temperaturen und Drücken
- Charakterisierung von Oberflächen durch spektros- und mikroskopische Techniken (z.B., XPS, EDX, LEEM, PEEM, STM)
- In-situ-Untersuchung von Oberflächenreaktionen und Reaktionsmechanismen mittels NAP-XPS
- Optimierung des Reaktordesigns im Hinblick auf die Energie- und Umwandlungseffizienz
Geschlossener Power-to-X-to-Power Prozess für CO2-neutrale und emissionsfreie Energiespeicherung
Ein Power-to-X-to-Power Labor zur Untersuchung der Zusammenwirkung von erneuerbaren Energien, Elektrolyse, Methan-/Methanolsynthese und thermischer Energieumwandlung
- Oxy-Methan- und Oxy-Methanol in Gasmotoren
- Entwicklung und Verbesserung von Reaktionsmechanismen für die Oxidation und Reduktion von Methan und Methanol
- Co-Simulation und Optimierung von Energiespeichersystemen
Beteiligte Fachgebiete der BTU
Lehrstuhl Thermodynamik/Thermische VerfahrenstechnikLehrstuhlinhaber
Prof. Dr.-Ing. Fabian Mauß
Fachgebiet Thermische EnergietechnikFachgebietsleiter
Leiter des Wasserstoff-Forschungszentrums der BTU
Univ.-Prof. Dr. Lars Röntzsch
Fachgebiet Angewandte Physik und HalbleiterspektroskopieLehrstuhlinhaber
Prof. Dr. rer. nat. habil. Jan Ingo Flege
Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und FlugantriebeLehrstuhlinhaber
Prof. Dr.-Ing. Peter Berg