Home|Sitemap|Kontakt Impressum und Nutzungsbedingungen Datenschutz Cookies & Tracking |English

Sie sind hier: Home:Projekte

Ausgewählte Projekte des Institutes

18. Mai 2022

Das Institut für Technische Thermodynamik forscht Fragestellungen zu unterschiedlichen Fragestellungen im Bereich der Energiespeicherung und -wandlung.

Innovative und effiziente Technologien der nächsten Generation zu entwickeln ist ein wichtiger Teilaspekt unserer Arbeiten. Ein weiterer Aspekt ist, Technologien für die Mobilität und Industrie zu entwickeln, die zur Klimaneutralität beitragen.

Hier stellen wir Ihnen laufende und in jüngerer Vergangenheit abgeschlossene Projekt vor:

...Power-to-X

HoCKEtse

Oxidkeramische Elektrolyseure (SOEC) stellen durch ihre hohen Wirkungsgrade und die Möglichkeit der simultanen Synthesegas-Gewinnung (H2 + CO) eine attraktive Kombination mit Power-to-X Prozessen dar. Im Projekt HoCKEtse werden dazu experimentelle und simulative Untersuchungen an SOEC-Stacks im atmosphärischen und Druckbetrieb durchgeführt.

TESIS

Forschungsschwerpunkte sind kostenoptimiertes Design, neue Betriebstemperaturen und Betriebsverbesserungen von kommerziellen Zweitank-Flüssigsalzspeichern und innovativen Eintankspeichern. Die Konzepte können in Technikums-Anlagen und in der Pilotanlage TESIS:store experimentell untersucht werden.

CHESTER

Das CHESTER-Projekt zielt darauf ab, ein kosteneffizientes innovatives System zu entwickeln, das Energiemanagement, -speicherung und -bereitstellung aus vielen verschiedenen erneuerbaren Energiequellen (EE) durch die Kombination von Strom- und Wärmesektor ermöglicht.

ECO2Fuel

ECO2Fuel ist ein EU-Projekt im Rahmen von Horizon2020. Es zielt darauf ab, das weltweit erste direkte elektrochemische 1-MW-Niedertemperatur-CO2-Umwandlungssystem zur Herstellung wirtschaftlicher und nachhaltiger flüssiger E-Kraftstoffe zu entwickeln, herzustellen, zu betreiben und zu validieren.

AAcid

Die elektrochemische CO2-Reduktion zu Ameisensäure steht an der Schwelle zur industriellen Nutzung. Die wesentlichen Hürden sind jedoch noch die erzielbare Konzentration der Ameisensäure, die Rezirkulation von ggf. notwendigen Leitsalzen und die Skalierbarkeit der Elektroden- und Membranfertigung. Im Verbundvorhaben AAcid werden diese entscheidenden Umsetzungshürden adressiert und mit den zusätzlichen Aufarbeitungsschritten ein Gesamtprozess zur Produktion einer marktfähigen Ameisensäure entwickelt.

ProMet

Aus der Chemieindustrie ist Propen nicht wegzudenken: Das farblose Gas ist Vorprodukt von Bleichmitteln oder Kunststoffen. Bislang werden für die Propen-Herstellung große Mengen fossiler Rohstoffe genutzt. Mit dem Projekt „ProMet“ soll ein neues, wettbewerbsfähiges Verfahren entwickelt werden, das eine nachhaltigere Herstellung ermöglicht – und zwar mithilfe von eMethanol, hergestellt aus CO2.

LOTER.CO2M

LOTER.CO2M zielt auf die Entwicklung fortschrittlicher, kostengünstiger Elektrokatalysatoren und Membranen für die direkte elektrochemische Reduktion von CO2 zu Methanol durch CO2-H2O-Koelektrolyse bei niedriger Temperatur. Die Materialien werden unter Verwendung nachhaltiger, ungiftiger und unkritischer Rohstoffe entwickelt. Sie werden im Maßstab vergrößert, in einen elektrochemischen Gasphasenreaktor integriert, und der Prozess wird auf seine technische und wirtschaftliche Durchführbarkeit unter industriell relevanten Bedingungen überprüft. Das erzeugte Methanol kann als chemischer Rohstoff oder zur effektiven chemischen Speicherung erneuerbarer Energie verwendet werden. Die Demonstration der neuen Materialien auf TRL5-Niveau und das Potenzial dieser Technologie für die Marktdurchdringung werden bewertet. Eine signifikante Erhöhung der Lebensdauer bei intermittierendem Betrieb in Kombination mit erneuerbaren Energiequellen ist ebenfalls Ziel des LOTER.CO2M-Projekts.

ChemAmpere

Bis 2050 soll die chemische Industrie klimaneutral arbeiten, d. h. aus fossilem Öl, Gas und Kohle aussteigen. Daher müssen alternative Kohlenstoffquellen und erneuerbare Energien genutzt werden, um die fossilen Reserven zu ersetzen. Eine neue Stuttgarter Forschungsinitiative mit dem Namen CHEM|Ampere wird das Konzept einer solchen zukünftigen Chemiefabrik sowohl aus grundlegender als auch aus anwendungsorientierter Sicht ausarbeiten. An der Initiative sind die Universität Stuttgart, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) beteiligt.

....Wasserstoffproduktion

NextAEC

Ziel des NEXTAEC-Projekts ist die Entwicklung von Alkali-Elektrolyseuren der nächsten Generation mit einer Leistung, die mit einem guten PEM-Elektrolyseur vergleichbar oder besser ist, ohne Verwendung von Edelmetallen. Kurz gesagt, der PEM-Elektrolyseur kann aufgrund des geringen Innenwiderstands einer dünnen säureleitenden Membran (einer Ionenaustauschmembran) bei hohen Stromdichten (mehrere Ampere pro cm2) betrieben werden. Der Hauptnachteil ist, dass das saure System sowohl Edelmetallkatalysatoren auf den Elektroden als auch kostspielige Edelmetallbeschichtungen auf den Bipolarplatten und Elektrodenträger erfordert. Der alkalische Elektrolyseur ist weder für Katalysatoren noch für Bipolarplatten auf Edelmetalle angewiesen, leidet aber unter einem höheren Innenwiderstand, da er keine dünnionenleitende Membran besitzt.

112CO2

Das 112CO2-Projekt schlägt eine sozialverträgliche, nachhaltige und einfach zu implementierende Technologie vor, um den Energiesektor rasch und zu wettbewerbsfähigen Preisen zu dekarbonisieren. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Wissenschaft und Technik für die Niedertemperatur-Methan-Zersetzungsreaktion (auch Methan-Pyrolyse genannt), die die Herstellung von kohlenstoffoxidfreiem (COx-freiem) Wasserstoff aus Erdgas, Biogas und synthetischem Methan ermöglicht. Dieser Prozess ahmt die Natur nach, wenn grosse Kohlelagerstätten gefördert werden.

SWITCH

SWITCH ist ein europäisches Horizon 2020 Projekt, das darauf abzielt, ein in-situ vollintegriertes und kontinuierliches Mehrquellen-Wasserstoff-Produktionssystem zu entwerfen, zu bauen und zu testen.

ElyKon

Die Wasserelektrolyse ist eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung von Wasserstoff als Energieträger zur Speicherung überschüssiger Energie aus regenerativen Energiequellen. Die Herausforderung der Koppelung der PEMWE (Polymer Elektrolytmembran-Elektrolyse) mit regenerativen Energien, auf die sich das Projekt konzentriert, ist das dynamische Lastprofil und die damit verbundenen Änderungen der Betriebsbedingungen. Im Projekt ElyKon wird eine Kontrollstrategie entwickelt. Diese erlaubt eine kontinuierliche Zustandsüberwachung der PEMWE und ist in der Lage, ungünstige Betriebszustände zu identifizieren und ihnen entgegenzuwirken. Damit können die Betriebsparameter der PEMWE kontinuierlich optimiert werden.

H2Giga

Um Deutschlands Bedarf an Grünem Wasserstoff decken zu können, braucht es große Kapazitäten an leistungsfähigen, kostengünstigen Elektrolyseuren. Zwar sind bereits heute leistungsfähige Elektrolyseure am Markt – allerdings erfolgt ihre Herstellung noch immer größtenteils in Handarbeit. Das Leitprojekt H2Giga wird daher die serienmäßige Herstellung von Elektrolyseuren unterstützen.

Power2X II | ChemAmpere | CO2 Electrolysis

Für ein klimaneutrales Deutschland 2050 benötigen Verkehr, Industrie und Wärme emissionsarme Lösungen. Das Kopernikus-Projekt P2X untersucht einen der vielversprechendsten Ansätze: Power-to-X Technologien. Solche Technologien also, die erneuerbaren Strom in andere Energieformen umwandeln. Zum Beispiel in Kraft- und Kunststoffe, in Wärme und Gase oder in chemische Rohstoffe.

e-XPlore

Das dreijährige interne Projekt e-XPlore findet beim DLR Stuttgart statt. Dieses mit 3,7 Mio. EUR Projekt zielt auf den Bau einer transportablen Plattform zur Untersuchung von Dampf und Co-Elektrolyse (Dampf + CO2) unter Druckbedingungen mit Hilfe der SOC-Technologie ab. Die Plattform soll anschließend in einer industriellen Umgebung eingesetzt werden.

H2Mare

Auf See herrschen beste Bedingungen zur Erzeugung erneuerbaren Stroms. Die direkte Herstellung von Grünen Wasserstoffs in Offshore-Anlagen aus Windenergie ohne Netzanbindung kann die Kosten gegenüber der Erzeugung auf Land deutlich senken. Das Leitprojekt H2Mare wird daher die Offshore-Erzeugung von Grünem Wasserstoff und anderen Power-to-X-Produkten erforschen.

Promet H2

Die Notwendigkeit der Dekarbonisierung ist sowohl auf gesellschaftlicher als auch auf politischer Ebene ein dringendes Thema. Für die Herstellung hochwertiger Chemikalien und Kraftstoffe wie Methanol wird Wasserstoff benötigt, der heutzutage aus Kohlenwasserstoffen gewonnen wird und zu großen CO2-Emissionen führt. Grüner Wasserstoff, der durch Wasserelektrolyse in Verbindung mit erneuerbaren Energiequellen erzeugt wird, könnte die ultimative Lösung für dieses Problem sein. Die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE) ist aufgrund ihrer Kompaktheit und Flexibilität die am besten geeignete Technologie für diesen Prozess. Die Abhängigkeit von Edelmetallkatalysatoren und teuren, aus Titan gefertigten Komponenten stellt jedoch eine ernsthafte Bedrohung für die Vergrößerung und Marktdurchdringung dieser Technologie dar. Ziel von PROMET-H2 ist die Entwicklung eines PEMWE-Druckverfahrens mit den niedrigsten je erreichten Investitionskosten, ohne Kompromisse bei der Leistung oder Haltbarkeit.

...Wasserstoff für die Mobilität

FCCP

Lastenräder sind eine echte Antwort auf die gestiegenen Anforderungen der Zustellung auf der letzten Meile. Allerdings können moderne Batterien nicht genügend Energie liefern und versagen bei niedrigen Temperaturen, was das Potenzial dieses vielversprechenden Konzepts einschränkt. Die emissionsfreie Brennstoffzellentechnologie des DLR liefert dagegen bis mindestens -20°C deutlich mehr Energie, ist in Sekundenschnelle nachgetankt und bei vergleichbaren Kosten doppelt so langlebig wie Batterien. Mit diesen Eigenschaften kann ein Brennstoffzellen-Lastenrad (FCCP) jährlich 5,5 t CO2 einsparen, indem es Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ersetzt. Zur effizienten Nutzung dieses Potenzials baut dieses Projekt auf ein innovatives Logistikkonzept, das auf die Leistungsmerkmale von FCCPs und die Anforderungen des heutigen städtischen Güterverkehrs zugeschnitten ist (AP T1), auf modernste Brennstoffzellentechnologie (AP T2) sowie auf eine intensive Einbindung von Städten zur Förderung und Umsetzung von FCCPs (AP T3).

H2Mare

Auf See herrschen beste Bedingungen zur Erzeugung erneuerbaren Stroms. Die direkte Herstellung von Grünen Wasserstoffs in Offshore-Anlagen aus Windenergie ohne Netzanbindung kann die Kosten gegenüber der Erzeugung auf Land deutlich senken. Das Leitprojekt H2Mare wird daher die Offshore-Erzeugung von Grünem Wasserstoff und anderen Power-to-X-Produkten erforschen.

Pa-x-ell Phase 2

n Pa-X-ell 2 wird der Fokus auf die Integration der Brennstoffzelle auf Passagierschiffen als Bestandteil eines dezentralen Energienetzes sowie eines hybriden Energiesystems mit Energiespeichern gelegt. Dies beinhaltet die Konzepterstellung eines dezentralen Energienetzes und die Entwicklung und Auslegung von Teilsystemen sowie deren Testbetrieb unter Bedingungen, die den späteren Einsatz im dezentralen Netz simulieren. Ebenfalls wird die prinzipielle Funktionalität des hybriden Energiesystems in einer Versuchsanlage nachgewiesen.

HEAVEN

Das Hauptziel von HEAVEN besteht darin, den weltweit ersten Flugzeugantrieb auf der Grundlage eines Brennstoffzellensystems mit hoher Leistungsdichte und eines Flüssigwasserstofftreibstoffsystems mit hoher Energiedichte zu entwerfen, zu entwickeln und in ein bestehendes Flugzeug mit 2 bis 4 Sitzen zu integrieren, um es im Flugbetrieb zu testen.

H2-ReNoWe

Im Forschungsprojekt H₂-ReNoWe (Wasserstoffregion Nord-West-Niedersachsen) wird der Fokus auf sogenannten grünen, also nachhaltig erzeugten Wasserstoff gelegt. Innerhalb des Projekts soll ein Beitrag für die nachhaltige Wasserstoffwirtschaft in der Region Wesermarsch geleistet werden, indem das Druckluft-Energiespeicher-Kraftwerk Huntorf in eine CO₂-vermeidende Betriebsweise überführt wird. Dabei werden u.a. die Erzeugung und Speicherung erneuerbarer Energien sowie deren Einfluss auf die Stromversorgung erforscht. Zusätzlich sollen die Möglichkeiten untersucht werden, wie lokal produzierter, grüner Wasserstoff sowie Sauerstoff zukünftig vermarktet in den Mobilitätssektor integriert werden können.

NAUTILUS

NAUTILUS, kurz für Nautical Integrated Hybrid Energy System for Long-haul Cruise Ships, ist ein Forschungsprojekt, das im Rahmen des EU-Programms Horizon 2020 finanziert wird. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Entwicklung eines emissionsarmen Energiesystems für große Passagierschiffe. Ziel des NAUTILUS-Projekts ist die Entwicklung, Bewertung und Validierung eines hocheffizienten, mit Flüssigerdgas (LNG) betriebenen Stromerzeugungssystems für Langstrecken-Passagierschiffe. Das zu entwickelnde System wird den Ausstoß von Treibhausgasen (THG) um 50 % reduzieren und alle anderen Abgasbestandteile von Dieselmotoren fast vollständig einsparen.

BALIS

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt im Projekt BALIS den weltweit ersten Brennstoffzellen-Antriebsstrang für Flugzeuge – und das mit einer Leistung im Megawattbereich. Damit geht das DLR einen weiteren Schritt, um emissionsfreies Fliegen mit Wasserstoff zu ermöglichen.

328H2

Die klimaneutrale Luftfahrt von Morgen benötigt CO2-freie Antriebstechnologien. Für Regionalflugzeuge bieten wasserstoffelektrische Antriebe mit Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie eine vielversprechende Möglichkeit. Diese erfährt jetzt starken Rückenwind durch das Projekt „328H2-FC“. Unter der Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit H2FLY, Deutsche Aircraft, Diehl Aviation sowie sechs weiteren Partnern, wird erstmals im Projekt ein Brennstoffzellen-System mit eineinhalb Megawatt Leistung für den Einsatz im Flug entwickelt.

CH2P

Ziel des CH2P-Projekts ist die Entwicklung eines Prototyps einer innovativen Technologie für Wasserstofftankstellen (HRS). Das neue System erzeugt Wasserstoff, Wärme und Strom mit Hilfe der Festoxidzellentechnologie, die mit kohlenstoffarmem Erdgas oder Biomethan betrieben wird. Das CH2P-System ist eine Übergangstechnologie für eine frühzeitige Einführung der Infrastruktur von Wasserstofftankstellen, die im Vergleich zu herkömmlichen Technologien mit höherer Effizienz, niedrigeren Kosten und geringerem ökologischen Fußabdruck arbeitet.

AC-APU

Kabinenklimatisierung und Thermomanagement sind zentrale Aspekte in der Entwicklung von Elektrofahrzeugen und haben einen maßgeblichen Einfluss auf die Fahrzeugreichweite. Derzeit werden zu diesem Zweck hauptsächlich elektrisch betriebene Komponenten wie elektrische Heizer oder Klimaanlagen eingesetzt, welche die Reichweite im Sommer und Winter deutlich reduzieren. Am DLR wird daher ein Klimaaggregat entwickelt, welches kaum elektrische Energie benötigt. Als Energiequelle wird stattdessen die Druckenergie des Wasserstoffs in einem Drucktank-Brennstoffzelle-System genutzt. Diese Energie muss an der Tankstelle aufgebracht werden um den Wasserstoff bei 700 bar zu speichern, bleibt aber im Fahrzeug selbst ungenutzt. Durch die Integration eines wasserstoffbasierten Klimatisierungssystems (H2-A/C) zwischen den Drucktank und der Brennstoffzelle kann diese potentielle Energie in einen Klimatisierungsnutzen umgewandelt werden.

...Wasserstoff für die Industrie

ALELY

Zur Ausschöpfung der Kostenreduktionspotenziale bei Elektrolyseuren adressiert das Projekt ALELY (Alkalische Elektrolyse) zum einen die Reduktion bzw. Substitution von Werkstoff- und Funktionsmaterialien und zum anderen die Absenkung der Zellüberspannung zur Verringerung des spezifisch erforderlichen Strombedarfes pro Volumeneinheit Wasserstoff. Darüber hinaus werden dynamische Betriebsstrategien entwickelt.

InProPlate

Im Projekt InProPlate werden innovative Fertigungsverfahren für die Brennstoffzellen-Komponenten Bipolarplatte und Stack entwickelt. Daneben werden geeignete Prüfverfahren und Vorrichtungen entwickelt welche die Qualität von Bipolarplatten, Stack und der kompletten Brennstoffzellensysteme sicherstellt. Die Ziele sind eine höhere Effizienz der Fertigung, eine größere Produktionskapazität, verbesserte Reproduzierbarkeit durch Automatisierung / Mechanisierung sowie eine Senkung der Produktionskosten. Eingesetzt werden vorrangig die Bipolarplatten bzw. Stacks in HTPEM Range Extendern für e-Fahrzeuge. Weiterhin wird die Fertigungstechnik der Platten auch für LTPEM im APU-Bereich und maritimen Anwendungen eingesetzt.

Power2X II | ChemAmpere | CO2 Electrolysis

Für ein klimaneutrales Deutschland 2050 benötigen Verkehr, Industrie und Wärme emissionsarme Lösungen. Das Kopernikus-Projekt P2X untersucht einen der vielversprechendsten Ansätze: Power-to-X Technologien. Solche Technologien also, die erneuerbaren Strom in andere Energieformen umwandeln. Zum Beispiel in Kraft- und Kunststoffe, in Wärme und Gase oder in chemische Rohstoffe.

e-XPlore

Das dreijährige interne Projekt e-XPlore findet beim DLR Stuttgart statt. Dieses mit 3,7 Mio. EUR Projekt zielt auf den Bau einer transportablen Plattform zur Untersuchung von Dampf und Co-Elektrolyse (Dampf + CO2) unter Druckbedingungen mit Hilfe der SOC-Technologie ab. Die Plattform soll anschließend in einer industriellen Umgebung eingesetzt werden.

DAICHI

Die protonenleitende keramische Zelle, die bei moderaten Temperaturen (400-600°C) arbeitet, ist ideal für die Nutzung von Wasserstoff. Durch die Möglichkeit der Hydrierung oder Dehydrierung bieten protonenleitende Zellen unvergleichliche Vorteile für die Defossilisierung der chemischen Industrie, indem sie beispielsweise die elektrochemische Herstellung von Chemikalien wie Ethylen oder Ammoniak ermöglichen.

QM-GDL

Die GDL hat einen bedeutenden Einfluss auf das Betriebsverhalten und insbesondere die Leistung eines Brennstoffellen-Stacks. Um eine hohe, gleichbleibende Qualität zu gewährleisten, sollen verlässliche und vergleichbare Methoden zur Charakterisierung und Qualitätsbeschreibung von GDL-Materialien entwickelt werden. Dazu werden Qualitätsmerkmale einer GDL und auch kritische Parameter definiert. Neben der Untersuchung von Einflussfaktoren auf den späteren Betrieb sollen dann Methoden ermittelt werden, um diese Merkmale stichprobenartig und kontinuierlich während des laufenden Fertigungsprozesses bestimmen zu können. Dadurch wird die gesamte Lieferkette für den Markthochlauf von Brennstoffzellen unterstützt.

HT-PEM 2

Am unserem Standort Oldenburg werden alle für die Markteinführung relevanten Fragestellungen zur Brennstoffzellen-Technologie bearbeitet. Neben der Optimierung der Leistungsfähigkeit ist die Langlebigkeit des Systems ein wesentlicher Aspekt bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Mit dem vorhandenen Know-how über die Bedingungen in den Applikationen tragen wir signifikant zur Implementierung neuer Komponenten und Materialien bei.

Hydrogen Production (1,93 MB)

Power-to-X (1,58 MB)

Hydrogen for Mobility (2,05 MB)

Hydrogen for Industry (0,76 MB)

Copyright © 2022 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR). Alle Rechte vorbehalten.