Schwerpunkt Speicherung

Nutzung von Überschussstrom zur Herstellung von synthetischen Erdgas durch die Methanisierung von Biogas (Teilprojekt im BFS-Verbundprojekt „Technisches Konzept zur wirtschaftlichen Nutzung erneuerbarer Energien aus organischen Abfällen im kommunalen Maßstab (FOR 10000)“)

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: 1.04.2016 bis 31.03.2018

Finanzierung: Bayerische Forschungsstiftung (BFS)

Projektpartner: Verbundpartner von FOR 10000 (insbesondere LS Bioprozesstechnik und LS Thermodynamik und Transportprozesse, beide Uni. Bayreuth)

Inhalte/Ziele: Im diesem Teilprojekt innerhalb des Verbundprojektes FOR 10000 wird die Methanisierung von Biogas (Sabatier-Reaktion) untersucht. Dabei wird Biogas, dass zu etwa 40 % aus CO2 und zu 60 % aus CH4 besteht, mit regenerativ erzeugtem H2 (aus der H2O-Elektrolyse mit Überschussstrom aus Windkraft- und Solaranlagen) katalytisch in synthetische Erdgas (SNG, Synthetic Natural Gas) umgesetzt (CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O). Da es sich um eine exotherme Reaktion handelt, ist die Wärmeabfuhr ein wichtiger Faktor beim Betrieb des Festbettreaktors. Zwei Aspekte stehen im Vordergrund der Untersuchungen: 1) experimentelle Bestimmung die Kinetik der CO2-Methanisierung an einem Nickelkatalysator unter den Bedingungen der Biogasumsetzung (Normaldruck, CH4-reiches Einsatzgas), 2) Modellierung des Festbettreaktors (Einzelrohr eines gekühlten Rohrbündels) im Hinblick auf den optimalen Betrieb eines technischen Reaktors, die SNG-Qualität und die sichere Prozessführung; auch das dynamische Verhalten (Lastwechsel) soll untersucht werden.

 


DC-Netze für energieautarke Gebäude

Lehrstuhl für Mechatronik

Laufzeit: 07/2015 – 06/2018

Finanzierung: Graduiertenkolleg "Energieautarke Gebäude", TechnologieAllianzOberfranken (TAO)

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Gerrit Henke

Inhalte/Ziele: Im Rahmen der TechnologieAllianzOberfranken wurde 2015 das Graduiertenkolleg „Energieautarke Gebäude“ eingerichtet, in welchem insgesamt 13 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an zukünftigen Energiesystemen für Gebäude forschen.

Für die autarke Energieversorgung eines Gebäudes ist eine Ausstattung mit alternativen Energiequellen erforderlich. Deren zur Verfügung gestellte Leistung ist jedoch starken Schwankungen unterworfen, sodass die Energie in elektrischen Speichern gepuffert werden muss. Im Rahmen dieses Teilprojektes wird ein neuer Ansatz zur Anbindung dieser Energiespeicher untersucht. In der Leistungselektronik findet zunehmend ein neuartiger Wandlertyp, der Modulare Multilevel Umrichter, Anwendung. Elektrische Energiespeicher können direkt in diesen Umrichter integriert werden. Im Vordergrund steht hierbei die bestmögliche Art der Einbindung der Energiespeicher innerhalb des Umrichters.

 


Synthetische flüssige Kohlenwasserstoffe - Speicher höchster Energiedichte

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: 1.7.2012 bis 30.6.2015

Finanzierung: Helmholtz-Gemeinschaft

Inhalte/Ziele: Der wachsende Anteil der erneuerbaren Energien erfordert neue Lösungen bei Energiespeicherung und -transport. Neben der zeitlichen Fluktuation sind zusätzliche geographische Herausforderungen vorhanden (Solarenergie Südeuropa/Nordafrika). Flüssige Kohlenwasserstoffe könnten hier einen Beitrag leisten. Für ihre Bereitstellung aus Strom ist ein mehrstufiger, wirkungsgradbehafteter Prozess notwendig, welche noch nicht genügend analysiert ist. Die zu untersuchende Prozesskette beinhaltet ein Fischer-Tropsch Verfahren zur gezielten Erzeugung eines synthetischen Speicherstoffs.

 


Elektrochemische Speicher: Neue Generation von Blei- und Zink-Batterien für PV-gebundene stationäre Speicher

Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung (LSWV)

Laufzeit: seit 01.09.2012

Finanzierung: TAO

Inhalte/Ziele: Die Bereitstellung leistungsfähiger elektrischer Speichertechnologien ist die Voraussetzung für einen erfolgreichen Vollzug der Energiewende zur Nutzung regenerativer Energie aus Sonne, Wind und Wasserkraft. Hierzu sind Energiespeicher für den stationären wie den mobilen Einsatz erforderlich, die über eine bisher unerreichte Be- und Entladedynamik verfügen.

Langfristiges Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuen Generation großer Speicherbatterien, die auf dem Stoffsystem Zink-Luft oder Blei-Bleidioxid basieren. Voraussetzung hierfür ist die Entwicklung geeigneter neuer Materialien und Elektrodenkonzepte.

 


Synthesis and characterization of phosphate-based cathode materials for Lithium Ion Batteries

Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung (LSWV)

Laufzeit: 01/2008 – 12/2010

Finanzierung: Promotionsstipendium der Bayerischen Forschungsstiftung (DOK-95-07)

Projektpartner: -

Inhalte/Ziele: Kommerziell erhältliche Lithiumionenbatterien nutzen meist Lithiumübergangsmetalloxide wie LiCoO2, LiNiO2 oder LiMn2O4 als Kathodenwerkstoffe. Ziel ist es jedoch, diese Materialien durch thermisch stabilere und umweltfreundlichere Alternativen zu ersetzen.

In diesem Projekt werden daher Lithiumeisen- und Lithiummanganphosphat mittels eines lösungsmittelbasierten Niedertemperaturverfahrens hergestellt und hinsichtlich ihrer elektrochemischen Eigenschaften wie Kapazitätsausnutzung und Zyklenstabilität optimiert.

 


Nano-Silicon composite textile anodes for 1000 mAh/g capacity and fast charge-discharge Li-Ion battery

Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung (LSWV)

Laufzeit: 06/2009 – 09/2010

Finanzierung: Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH

Projektpartner: Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH

Inhalte/Ziele: In kommerziellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren wird meist Graphit als Anodenmaterial eingesetzt. Es ist bekannt, dass andere Werkstoffe wie Aluminium, Silizium und Zinn deutlich höhere Speicherkapazitäten für Lithium-Ionen aufweisen. Das Be- und Entladen dieser Materialien mit Lithium-Ionen ist allerdings mit starken Volumenänderungen und dadurch verursachten mechanischen Spannungen verbunden, die die Stabilität bei wiederholtem Laden und Entladen stark einschränken.

Ziel des Projektes ist es deshalb, Anodenwerkstoffe für Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln, die auch bei hohen Lade- und Entladenströmen eine spezifische Kapazität von mindestens 1000 mAh/g über mehr als 100 Lade- und Entladezyklen aufweisen. Zu diesem Zweck wird ein Kohlenstoff-Silicium-Kompositwerkstoff entwickelt, der aus einem mechanisch stabilen und elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasergelege mit nanoskaligen Silizium- und Kohlenstoffstrukturen besteht.

 


Simulationsunterstützte Optimierung der thermischen Masse monolithischer Ziegelwände zur Steigerung der Energieeffizienz und Behaglichkeit von Gebäuden

Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)

Laufzeit: 03/2013-02/2015

Finanzierung: ZIM, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Projektpartner: Ziegelwerk Freital EDER GmbH (Freital), Ziegelwerke Leipfinger-Bader KG (Vatersdorf), Franken Maxit GmbH & Co. (Kasendorf), rent a scientist GmbH (Regensburg)

Inhalte/Ziele: Für die Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden ist im Zusammenhang mit der Energieeinsparverordnung der auf der Wärmeleitfähigkeit beruhende U-Wert eines der wichtigsten Kriterien. Den sich verschärfenden Vorschriften werden derzeit gängige Bauweisen und Modernisierungsmaßnahmen zwar gerecht, die Erfahrungen aus der Praxis zeigen jedoch, dass oft nicht alle Erwartungen an den Wärmeschutz erfüllt werden. Speziell bei Ziegelmauerwerk weichen schwere monolithische Bauweisen mit hohem Speichervermögen vermehrt leichten Ziegeln, nicht selten kombiniert mit Wärmedämmverbundsystemen mit geringer Wärmeleitfähigkeit.

Deshalb gilt es das gesamte Ensemble der Wärmeübertragung und Energiespeicherung verstärkt zu betrachten, um unter den instationären Bedingungen ein energetisch vorteilhaftes Verhalten von Gebäuden einzustellen. Durch eine innovative Funktionalisierung mittels Phasenwechselmaterialien (PCM) und Untersuchung der immanenten Eigenschaften der  Ziegel und Putze soll in diesem Projekt eine Steigerung der Energieeffizienz und Behaglichkeit erreicht werden. Über Modellierung und Simulation werden die Verbesserungspotentiale aufgedeckt und Eingriffsmöglichkeiten identifiziert. Im Labor werden diese Lösungsansätze zunächst im kleinen Maßstab erprobt um anschließend in Demonstrationsobjekten umgesetzt und unter realistischen Bedingungen untersucht zu werden. Die Ergebnisse dienen zur Weiterentwicklung der Modelle und zuletzt der Ziegel und Putze selbst.

 

Anschrift

Prof. Brüggemann
Prof.-Rüdiger-Bormann-
Straße 1
95447 Bayreuth

T. 0921 - 55-6801
F. 0921 - 55-6802