Schwerpunkt Wandlung

Power-to-Gas (P2G) - Sektorenkopplung

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: 3/2019 - 3/2022

Projektpartner:

• TenneT TSO GmbH, Bayreuth

• ZET: LS CVT (Jess) und LTTT (Prof. Brüggemann)

Inhalte/Ziele: Für ein Gelingen der Energiewende wird der Sektorenkopplung von Strom- und Gasnetzen bereits heute eine Schlüsselrolle beigemessen. Der steigende Bedarf an Kapazitäten zur Zwischenspeicherung überschüssiger elektrischer Energie, die Bereitstellung notwendiger Transportkapazitäten zwischen Stromerzeugern und -abnehmern sowie die Integration erneuerbar erzeugten Stroms in vielfältige Bereiche des Endenergieverbrauchs stellen die Infrastruktur vor große Herausforderungen. Die Technologie Power-to-Gas (P2G) bietet eine Alternative und Ergänzung zum Ausbau des Stromnetzes und ermöglicht eine Nutzung überschüssigen Stroms aus volatilen erneuerbaren Energiequellen. Im Projekt wird das Zentrum für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth in Zusammenarbeit mit dem Übertragungsnetzbetreiber TenneT zentrale Fragestellungen im Hinblick auf eine künftige Umsetzung von P2G bearbeiten. Seitens ZET sind der Lehrstuhl Technische Thermodynamik und Transportprozesse und der Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik eingebunden.

 


PlasmaFuel - Entwicklung eines neuen plasmagestützten Verfahrens zur Produktion von schadstofffreiem Schiffsdiesel

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Projektlaufzeit: Nov. 2018 - Nov. 2021

Projektpartner: Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik (Prof. Birke), MCT Transformatoren GmbH, 61440 Oberursel, Overspeed GmbH & Co. KG, 26129 Oldenburg

Inhalte/Ziele: Innerhalb dieses FuE-Projekts soll ein neuartiges Verfahren entwickelt werden, um aus Kohlendioxid und Wasserstoff energieeffizient und kostengünstig synthetisches, ultrareines Schiffsdieselöl herzustellen. Der Wasserstoff wird mit Hilfe von regenerativem Strom erzeugt. Zunächst soll die Spaltung von CO2 zu CO mittels einer plasmainduzierten Reduktion untersucht werden (Uni. Stuttgart). Der neben dem eigentlichen Zielprodukt Kohlenmonoxid entstehende Sauerstoff soll durch eine Ionenpumpe abgeleitet werden. Neben der plasma-induzierten Spaltung soll eine alkalische Wasserelektrolyse mit einem Wirkungsgrad von etwa 85 % entwickelt werden (Uni. Stuttgart). Der Wasserstoff wird zusammen mit dem im Plasmaverfahren erzeugten CO (und eventuell vorhandenem Restsauerstoff) in einen weiteren Reaktor geleitet, wo die Produktion von Schiffsdieselöl durch die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) stattfindet. Die FTS soll dabei durch experimentelle Untersuchungen und eine Reaktormodellierung so angepasst bzw. optimiert werden, dass eine hohe Menge an Schiffsdiesel gewonnen werden kann (Uni. Bayreuth).

 


Struktur und Kinetik von Eisenkatalysatoren in der Anfangsphase der Fischer-Tropsch-Synthese: Kombination von Operando-XRD- und Festbettmessungen

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Projektlaufzeit: Feb. 2019 - Feb. 2022

Projektpartner: kein Projektpartner (DFG-Einzelprojekt)

Inhalte/Ziele: Bei der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) ist insbesondere bei Eisenkontakten bis heute nicht eindeutig geklärt, welche Phasen die Reaktion katalysieren. Dies liegt vor allem daran, dass der Fe-Katalysator erst unter Synthesebedingungen formiert wird und sich eine komplexe Phasenstruktur bildet. Im Projekt soll durch Operando-Röntgendiffraktometrie die Phasenzusammensetzung von Fe-Katalysatoren bzw. deren Änderung in der Anfangsphase der Synthese bis zum Erreichen eines stationären Zustandes studiert werden. Dabei soll auch der Einfluss der Vorbehandlung, der zugegebenen Promotoren und der Reaktionsbedingungen untersucht werden. Komplementär dazu sollen durch kinetische Studien im Festbett bei den gleichen Reaktionsbedingungen auch die Aktivität und Selektivität der Katalysatoren bestimmt werden, um so eine Struktur-Wirkungsbeziehung zu ermitteln und die Phasen zu bestimmen, die für die FT-Synthese aktiv sind. Von Interesse ist auch, ob die im stationären Zustand erreichte Aktivität und Selektivität durch Promotoren oder die reduktive Vorbehandlung einstellbar sind.

 


Konzeptuntersuchung ausfallsicherer Antriebsstrang

Lehrstuhl für Mechatronik (LfM)

Projektlaufzeit: ab 01.10.2017 bis 31.12.2019

Finanzierung: Forschungsauftrag eines Drittmittelgebers

Projektpartner: Daimler AG

Inhalte/Ziele: Konzeptuntersuchung und Auslegung eines ausfallsicheren Antriebstrangs. Für einen ausfallsicheren Antriebsstrang in einem Elektrofahrzeug werden verschiedene Konzepte für fehlertolerante Wechselrichter, elektrische Maschinen und Speicheranbindungen verglichen. Die technisch und wirtschaftlich sinnvollsten Varianten werden identifiziert und durch Simulationen und Laborprototypen analysiert.

 


Kinetik der Bildung und Verdunstung höherer Kohlenwasserstoffe bei der Fischer-Tropsch-Synthese und deren Einfluss auf die Wachsbeladung des Porensystems

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Projektlaufzeit: 1.10.2016 bis 30.09.2019

Finanzierung: DFG (Je 257/23-1)

Inhalte/Ziele: Bei der Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) wird CO mit H2 in höhere Kohlenwasserstoffe (Benzin, Dieselöl etc.) umgesetzt. Bei der Tieftemperatur-FTS (< 250 °C) wurde bisher immer davon ausgegangen, dass sich die Katalysatorporen in der Anfangsphase der Synthese vollständig mit flüssigen Wachsen füllen. Unsere Vorarbeiten, die zu dem DFG-Projekt geführt haben,  zeigen aber überraschenderweise, dass die Poren auch im stationären Zustand nicht (immer) vollständig gefüllt sind; je nach Druck, H2/CO-Verhältnis und Temperatur stellt sich ein Füllgrad (F) deutlich unter Eins ein. Dieses bisher nicht beachtete Phänomen hat gewichtige Folgen für die effektive Kinetik und das grundlegende Verständnis der FTS, da bei einem nur teilweise wachsgefüllten Porensystem der Porennutzungsgrad größer wird. Die Vorarbeiten zeigen aber nicht nur, dass F < 1 sein kann, sondern auch, dass widersprüchliche experimentelle Befunde insbesondere zum Einfluss des Druckes und der Partikelgröße (auf F) auftreten. Im Projekt wird das Phänomen der unvollständigen Porenfüllung studiert, um den Einfluss der Reaktionsbedingungen auf den Füllgrad in der Anfang-phase bei Einsatz eines frischen Katalysators und im stationären Zustand der Synthese zu verstehen und quantitativ beschreiben zu können.

 


Entschwefelung von Schwerölen und flüssigen Kraftstoffen durch Oxidation organischer Schwefelverbindungen zu wasserlöslichen Sulfaten mit Hilfe von homogenen Polyoxometallat-Katalysatoren

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Projektlaufzeit: 1.01.2015 bis 31.12.2017

Finanzierung: DFG (Je 257/20-1)

Projektpartner: Lehrstuhl für Reaktionstechnik (Uni. Erlangen-Nürnberg, Prof. P. Wasserscheid)

Inhalte/Ziele: Neue Entschwefelungstechniken sind für die Raffinerietechnik von hoher Bedeutung, da zukünftig Rohöle mit zunehmenden S-Gehalten entschwefelt werden müssen und schärfe S-Grenzwerte für Flugturbinenkraftstoff und leichtes Heizöl sowie Schweröle wie z.B. Schiffsdieselöl zu erwarten sind. Innerhalb des Projektes wird ein ganz neuartiger Ansatz zur Entschwefelung untersucht werden, die Oxidation organischer S-Verbindungen mit Luftsauerstoff durch Polyoxometallat-Katalysatoren (POMs).

 


Eta4HVDC-Effizienzerhöhung von Multilevel basierten HVDC-Übertragungen

Lehrstuhl für Mechatronik (LfM)

Laufzeit: 01.01.2017 bis 31.12.2019

Finanzierung: Fördermaßnahme Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektpartner: Siemens AG

Inhalte/Ziele: Die in Offshore-Windparks gewonnene Energie muss an Land mit DC-Übertragung transportiert werden. Hier hat sich eine neue Technik bei der Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ) durchgesetzt. Speziell werden diese HGÜ auf der Basis von Multilevel Stromrichtern (MMC) aufgebaut. Die MMC-HGÜ basieren auf sehr vielen einzelnen Modulen, welche jeweils aus einem Kondensator und Leistungshalbleitern mit Ansteuerung bestehen. In dem Teilvorhaben sollen Modifikationen des Submoduls erforscht werden mit dem Ziel, den Wirkungsgrad zu erhöhen. An der Uni Bayreuth werden dazu die Kombination von Dioden, welche auf Durchlass optimiert sind und solche, welche auf Schaltverhalten optimiert sind, untersucht. Die Wirkung auf den sicheren Arbeitsbereich und die Verluste werden analysiert. Basierend auf Vorarbeiten zu neuen niederinduktiven Aufbauten sollen die Potenziale für Anwendungen bei sehr geringer Schaltfrequenz untersucht werden. Das Teilvorhaben stellt anschließend Verlustmodelle zur Verfügung, welche dann die Beurteilung im Gesamtsystem zulassen.

 


Sperrschichttemperatur- und Phasenstrommessung von Leistungshalbleitern

Lehrstuhl für Mechatronik (LfM)

Laufzeit: seit 2012

Finanzierung: Forschungsauftrag eines Drittmittelgebers

Projektpartner: ZF Friedrichshafen AG

Inhalte/Ziele: Leistungshalbleiter nehmen in elektrischen Fahrzeugantrieben, in Windenergie-anlagen oder in Systemen der Energieverteilung in Bezug auf Funktionalität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit eine zentrale Stellung ein. Charakteristisch für diese Applikationen ist ein Betrieb über sehr lange Zeiträume unter extrem schwierigen und häufig schwer einzuschätzenden Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Die Motivation dieser Arbeit besteht daher in der Entwicklung einer intelligenten Ansteuerschaltung, welche neben dem einfachen Ein- uns Ausschalten des Leistungshalbleiters zusätzlich Auskunft über dessen Betriebsbelastung gibt. Als Schlüsselgröße identifiziert die Ansteuerschaltung die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiters. Entwickelt wurde hierzu ein neuartiges Messverfahren, welches die Temperatur des auf dem Leistungshalbleiter befindlichen internen Gatewiderstandes durch eine kurzzeitige Überlagerung der Steuerspannung mit einem hochfrequenten Identifikations-signal bestimmt. Die damit gemessene Sperrschichttemperatur kann für Überwachungs- und Diagnosezwecke, aber auch zur vorübergehenden Erhöhung der Ausgangsleistung genutzt werden. In einem nächsten Schritt soll die Ansteuerschaltung um eine Phasenstrommessung erweitert werden. Die bereits implementierte Sperrschichttemperaturmessung eröffnet hierbei neue Möglichkeiten zur Strommessung mit äußerst geringem Kostenaufwand und dennoch einer akzeptablen Messgenauigkeit. Derartige Konzeptideen stellen damit insbesondere im Bereich der Funktionalen Sicherheit sowie für einfache Regelungsaufgaben eine ideale Sensorlösung dar. Damit erarbeitet dieses Projekt die Grundlagen für zukünftige Ansteuerschaltungen mit integrierten Messfunktionen zur Erforschung, Überwachung, Regelung und Absicherung des Betriebsverhaltens von Leistungshalbleitern im Feld.

 


Einsatz von SiC in Antriebsumrichtern für Straßenbahnen zur Erhöhung des Wirkungsgrades und Verringerung der Baugröße. Dazu Einsatz und Untersuchung neuartiger 1700V SiC-MOSFETS mit neuer Anteurtechnik und Schaltungsdesign zur Beherrschung von Kühlung und EMV. Ziel ist Baugrößen- und Verlustreduktion um 30 %

Lehrstuhl für Mechatronik (LfM)

Laufzeit: 01.01.2017 bis 31.12.2019

Finanzierung: Fördermaßnahme Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner: Infineon Technologies AG, Siemens AG, Adapted Solution GmbH, Technologie-Zentrum für Oberflächentechnik und Umweltschutz Leipzig GmbH

Inhalte/Ziele: Der öffentliche Nahverkehr ist eine bedeutende Komponente der Mobilität der Bevölkerung. Die Antriebstechnik von Straßenbahnen nutzt Leistungselektronik für die Steuerung der Fahrmotoren. Dabei bestehen hohe Anforderungen an die Kompaktheit. Die Verwendung von wide band gap (WBG) Leistungshalber, speziell SiC, bietet durch geringe Durchlass- und Schaltverluste und eine potentiell höhere Arbeitstemperatur die größten Perspektiven bezüglich einer Volumens- und Massereduktion.

Perspektivisch können für die Traktionsumrichter neue Einbauräume, z. B. in der Nähe der Motoren erschlossen werden. Darüber hinaus kann durch die hohen Taktfrequenzen der SiC-Bauelemente der Wirkungsgrad im Antriebsstrang deutlich verbessert werden. Hinzu kommen Reduktionen der durch Pendelmomente und Magnetostriktion angeregten Motorgeräusche, ein Vorteil besonders für den urbanen Verkehr. Dabei ist eine robuste Aufbautechnik der Leistungshalbleiter aufgrund der hohen Anforderungen bezüglich Lebensdauer, Temperatur- und Lastzyklenfestigkeit sowie klimatischer Bedingungen erforderlich, um auch Netzspannungen bis zu 1200 V und Leistungen bis etwa 200 kW zu beherrschen, was eine hochstromgeeignete Aufbautechnik erfordert.

 


Einfluss von Halbmetallen aus dem Gärsubstrat auf Stabilität und Effizienz der biologischen Methanbildung

Lehrstuhl für Bioprozesstechnik (BPT)

Laufzeit: 04/2016 - 04/2017

Finanzierung: Graduiertenkolleg "Energieautarke Gebäude", TechnologieAllianzOberfranken (TAO), Forschungsprojekt des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

Projektpartner: Lehrstuhl Umweltgeochemie, Universität Bayreuth

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.

Als originär stofflicher Energieträger mit Potential für Methanisierungs-Applikationen stellt Biogas eine mögliche Antwort auf einige der drängendsten Fragen der Energiewende dar: Mobilität, Speicherung, aber auch Netzstabilität. In Biogasanlagen werden komplex zusammengesetzte Gärsubstrate sowie verschiedene Gärhilfsmittel verwendet. Über diese gelangen auch eine Vielzahl von Spur und Störstoffen, z.B. Arsen, Antimon oder Bismut in die Anlage, wo sie auf eine hochaktive mikrobielle Gemeinschaft von Methanproduzenten treffen. Hierdurch kommt es zur (Teil)methylierung, wodurch einerseits geno- und zelltoxische Produkte entstehen, anderseits dem Prozess methylgruppen entzogen werden. Um die Auswirkungen der Metalloide auf Effizienz und Prozessstabilität zu ermitteln, werden technische Anlagen beprobt und signifikante Prozesse auf Laborreaktoren übertragen.

 


Einsatz von Fluidgemischen zur Erhöhung des elektrischen Wirkungsgrades von ORC-Prozessen in ausgewählten Anwendungsbereichen

Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)

Laufzeit: 05/2013 - 05/2015

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Projektpartner: keine

Inhalte/Ziele: Die bisher durchgeführten Untersuchungen (2011 -2013) haben das Potential binärer Fluidgemische mit zeotropen Eigenschaften zur Effizienzsteigerung des Kreisprozesses aufgezeigt. Ein Versuchsaufbau zur Messung von Wärmeübergangskoeffizienten wurde erfolgreich in Betrieb genommen. Ziel der genehmigten Projektfortsetzung ist es, die gewonnenen Erkenntnisse anhand von Prozesssimulationen wie auch experimentellen Untersuchungen wesentlich auszubauen. Auf dem Gebiet der Kreisprozessberechnungen soll überprüft werden, ob alternative Arbeitsmittelgemische die bisher erzielten Wirkungsgradsteigerungen übertreffen. Zudem erscheinen eng verwandte Optimierungsansätze wie die transkritische Fahrweise in Verbindung mit Fluidgemischen oder der Einsatz von Arbeitsmittelpaaren mit großen Unterschieden im Siedepunkt als vielversprechend und sollen durch Simulationen analysiert werden. Experimentell soll durch Messungen an strukturierten Oberflächenstrukturen untersucht werden, inwieweit die Senkung des Wärmeübergangskoeffizienten durch zusätzlich eingebrachte Turbulenz beeinflusst werden kann.

 


Bestimmung der radialen effektiven Wärmeleitfähigkeit durchströmter siedewassergekühlter Festbettreaktoren zur Erzeugung flüssiger Energieträger durch Fischer-Tropsch-Synthese (FTS)

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: seit 01.09.2012

Finanzierung: TAO

Inhalte/Ziele: Chemische Reaktoren, in denen eine stark exotherme Reaktion durchgeführt wird, müssen  intensiv gekühlt werden, um eine Überhitzung des Katalysators bzw. der Reaktanden bzw.  ein mögliches Durchgehen des Reaktors zu verhindern. Dies gilt insbesondere für die Fischer-Tropsch-Synthese zur Erzeugung flüssiger Kraftstoffe (Dieselöl, Benzin, Kerosin) aus Synthesegas, die häufig in siedewassergekühlten Rohrbündelreaktoren durchgeführt wird.

Zur Modellierung und Auslegung solcher Reaktoren muss die effektive Wärmeleitfähigkeit des durchströmten und undurchströmten Festbettreaktors genau bekannt sein. In zwei Laborapparaturen soll daher die radiale effektive Wärmeleitfähigkeit von (un)durchströmten Festbetten (Fischer-Tropsch-Katalysator) bestimmt werden. Auf der Basis der experimentellen Daten soll eine Korrelation bestimmt werden, die es erlaubt, die effektive Wärmeleitfähigkeit abhängig von den Betriebs-bedingungen (Rohr- und Partikeldurchmesser, Wärmeleitfähigkiet des Gases...) zu berechnen.

 


Biologische Charakterisierung der Anlaufphase einer landwirtschaftlichen Biogasanlage

Lehrstuhl für Bioprozesstechnik (LBPT)

Laufzeit: seit 01.09.2012

Finanzierung: -

Projektpartner: MR Bioenergie Bayreuth UG (haftungsbeschränkt) & Co. KG

Inhalte/Ziele: Biogas wird in technischen Anlagen von einem Konsortium anaerober Mikroorganismen gebildet, deren Zusammenwirken bislang nur ungenügend verstanden ist. Trotz der Bedeutung der Mikrobiologie beschränken sich Untersuchungen an technischen Anlagen daher zurzeit eher auf die Erhebung von Prozessdaten - insbesondere der Biogasausbeute - als Funktion z.B. von Temperatur und Substratzusammensetzung, während biologische Grundlagen, wie die involvierten metabolischen und mikrobiellen Netzwerke und deren Dynamik, bestenfalls in extrem vereinfachter und der Realität kaum gerecht werdender Weise berücksichtigt werden. Erschwerend kommt hinzu, dass es ähnlich wie bei natürlichen Ökosystemen auch im technischen Ökosystem ‚Biogasanlage’ im Laufe der Zeit zu erheblichen Adaptionen an die Umgebungsbedingungen kommt, so dass reine Laborexperimente meist nicht geeignet sind, dieses Zusammenspiel in seiner ganzen Komplexität abzubilden.

Im Rahmen dieses Projektes wird seit September 2012 die Anlaufphase einer typischen landwirtschaftlichen Biogasanlage sowohl in Hinblick auf die Standardprozessparameter als auch hinsichtlich der Molekularbiologie und Biochemie dokumentiert. Ziel ist es, die biologischen Grundlagen der Biogaserzeugung in Hinblick auf die verfahrenstechnische Optimierung der Biogasproduktion zu analysieren und zu beurteilen. Dadurch soll zum einen der spätere Routinebetrieb störungsfreier gestaltet werden können, z.B. durch rechtzeitiges und gezieltes Eingreifen bei sich anbahnenden Problemen und zum anderen die Anlaufphase von landwirtschaftlichen Biogasanlagen generell optimiert und verkürzt werden.

 


Herstellung von Kraftstoffen aus CO2 und H2O unter Nutzung regenerativer Energie

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: 1.5.2012 bis 30.4.2015

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner: Europ. Inst. für Energieforschung, Forschungszentrum Jülich, Fraunhofer-Gesellschaft, Uni Stuttgart, staxera GmbH, SunFire GmbH

Inhalte/Ziele: Projektziel ist die Entwicklung eines technisch machbaren und ökonomisch sinnvollen Verfahrens zur Herstellung flüssiger Kraftstoffen aus CO2 und H2O unter Einkopplung erneuerbarer Elektroenergie durch Nutzung der Hochtemperaturelektrolyse.

 


Development of polymer electrolyte membranes (PEM) for low temperature fuel cell application

Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung (LSWV)

Laufzeit: 03/2011 – 02/2014

Finanzierung: Promotionsstipendium der Bayerischen Forschungsstiftung (DOK-133-11)

Inhalte/Ziele: Perfluorsulfonsäure-Polymere (PFSA) werden aufgrund ihrer hohen Protonenleitfähigkeit, niedrigen Wasserstoffpermeabilität und exzellenten chemischen Beständigkeit als Polymerelektrolytmembrane (PEM) in Brennstoffzellen eingesetzt. Jedoch ist eine Verbesserung der Eigenschaften bei Einsatztemperaturen oberhalb von 100°C erforderlich. Unter diesen Bedingungen sinkt die Ionenleitfähigkeit aufgrund des Wasserentzugs bei geringer relativer Feuchte und die mechanische Stabilität lässt aufgrund des Glasübergangs des PFSA-Polymers nach. Ziel des Projekts ist es daher, die geforderten Eigenschaften durch Herstellung von Polymerelektrolytmembrane mit homogen verteilten anorganischen Additiven einzustellen.

 


Energieeffiziente Synthese von aliphatischen Aldehyden aus Alkanen und Kohlendioxid: Valeraldehyd aus Butan und CO2

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: 1.11.2010 - 30.10.2013

Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektpartner: LIKat (Rostock) und Evonik

Inhalte/Ziele: Forschungsvorhaben mit dem Ziel, das für die Olefin-Hydroformylierung zu Aldehyden notwendige CO durch CO2 zu ersetzen. Darüber hinaus sollen die Olefine energieeffizient durch Dehydrierung von Alkanen bereitgestellt werden. Beispielhaft wird die Synthese von Valeraldehyd aus n-Butan und CO2 betrachtet.

 


Wirbelkammerpyrolyse von Biomasse

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik (CVT)

Laufzeit: 1.10.2010 - 30.6.2012

Finanzierung: Projektmittel: 100.000 €

Projektpartner: AIF, Koop. mit Uni. Hannover und mittelständ. Unternehmen (Oberpfalz)

Inhalte/Ziele: Entwicklung einer kleinen dezentraler Anlage zur Erzeugung eines Pyrolyseöls mit anschließender Verbrennung/Stromerzeugung.

 


Effizienzsteigerung von Luft/Wasser-Wärmepumpen durch Integration von Latentwärmespeichern

Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)

Laufzeit: 09/2009 – 12/2012

Finanzierung: Bayerischer Forschungsverbund Energieeffiziente Technologien und Anwendungen (BayFORETA)

Projektpartner: GlenDimplex Deutschland GmbH

Inhalte/Ziele: Luft/Wasser-Wärmepumpen weisen in den letzten Jahren stark steigende Absatzzahlen auf und werden auch für energetische Sanierungen in KMU zunehmend interessant. In diesem Projekt soll die Energieeffizienz dieser Wärmepumpen deutlich verbessert und deren Lebensdauer erheblich erhöht werden, und zwar durch die Einbindung von Latentwärmespeichern. Anhand von umfangreichen computergestützten Modellsimulationen, begleitenden Tests an einer Versuchsanlage sowie ökonomischen Analysen werden besonders geeignete Phasenwechselmaterialien und Anlagenkonzepte identifiziert. Darüber hinaus wird untersucht, inwieweit Latentwärmespeicher auch bei anderen Wärmepumpensystemen und bei gewerblichen Kälteanlagen vorteilhaft eingesetzt werden können.

 


Zweistufiger ORC mit Lineargenerator als Mini-BHKW

Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)

Laufzeit: 05/2009 – 01/2011

Finanzierung : ZIM Kooperationsprojekt

Projektpartner: Dynatronic, Maxxtec, Maccon, Wörle Umwelttechnik

Inhalte/Ziele: Beabsichtigt ist die Entwicklung eines neuartigen Heizsystems als Mini-BHKW für Haushalte. Die mittels einer Holz befeuerten Heizung CO2-neutral erzeugte thermisch Energie kann dabei entweder in Heizwärme, in Heizwärme und Strom oder mit einem Wirkungsgrad von bis zu 30 % ausschließlich in Strom umgewandelt werden. Das Umwandlungsprinzip basiert dabei auf einem thermodynamischen Kreislauf (Organic Rankine Cycle), bei dem ein Kühlmittel mit niedrigem Siedepunkt durch die Brennerwärme verdampft wird. Das Medium wird anschließend in einem innovativen Druckzylinder entspannt und die resultierende mechanische Bewegungsenergie bei der Expansion des Gases kann in elektrische Energie umgewandelt werden.

 


Entwicklung eines energie- und kosteneffizienten Niedertemperatur-Wärmekraftwerks auf Basis innovativer ORC-Technologie

Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)

Laufzeit: 11/2008 – 10/2010

Finanzierung: Forschungsauftrag im Rahmen einer Förderung durch ProInno

Projektpartner: GMK

Inhalte/Ziele: Ziel des Projektes ist es, ein neuartiges Wärmekraftwerk zur dezentralen Stromerzeugung zu entwickeln. Basierend auf innovativer ORC-Technologie unter Einsatz von organischen Fluidgemischen soll dieses Kraftwerk im wachsenden Markt der Stromerzeugung aus Niedertemperatur-Wärme etabliert werden. Im Vordergrund stehen dabei die Anwendungsbereiche Geothermie und Abwärmenutzung, wodurch Temperaturniveaus der Wärmequellen zwischen ca. 80 °C und rund 160 °C abgedeckt werden sollen. Entsprechend der Verfügbarkeit geeigneter Turbinen liegt die untere Grenze des abdeckbaren Leistungsbereiches bei ca. 200 kWel.

Im Vergleich zu Standardvarianten wird für diesen innovativen ORC ein deutlich höherer Wirkungs- bzw. Nutzungsgrad erwartet, der die zusätzlichen Aufwendungen (z.B. vergrößerte Wärmeübertragerflächen) überkompensiert. Um diese Effizienzsteigerung mit möglichst geringen Mehrkosten realisieren zu können, liegt ein besonderes Augenmerk des Projekts auf der Entwicklung eines effizienten Wärmeübertragungssystems für organische Fluidgemische. Verglichen mit dem KC ist bei ähnlichem Wirkungs- bzw. Nutzungsgrad ein wesentlich geringerer apparativer und damit auch finanzieller Aufwand zu veranschlagen. Gegenüber den Konkurrenzanlagen ergeben sich damit für die Neuentwicklung eindeutige Vorteile hinsichtlich Energie- und Kosteneffizienz.

 


Mikrobielle Brennstoffzelle (MBZ)

Lehrstuhl für Bioprozesstechnik (LBPT)

Projektpartner: Prof. Monika Willert-Porada, ZET

Inhalte/Ziele: Die natürliche Lebensweise von Mikroorganismen und insbesondere von Bakterien ist weniger die freischwebende, planktonische Form als vielmehr der Biofilm. Biofilme stellen mikrobielle Konsortien dar, deren Zusammenleben von Phänomenen wie Kommunikation und Arbeitsteilung geprägt ist. Die technische Nutzung von Biofilmen und deren spezifischen metabolischen Fähigkeiten hat großes Potential in der Energie- und Umwelttechnik; ein Beispiel ist die Mikrobiellen Brennstoffzelle (MBZ).

Während die Bildung von Methan aus Biomasse durch bakterielle Aktivität bereits in “Biogasanlagen“ industriell genutzt wird, ist der direkte Einsatz von Biofilm-Bakterienkonsortien in elektrochemischen Prozessen noch weitgehend unerforscht.  Am bekanntesten ist der Einsatz von Bakterien, Bakterienkonsortien und Enzymen zur H2-Produktion als Vorstufe in einer konventionellen Brennstoffzelle. Nach neuesten Erkenntnissen können Bakterien aber auch die bei der Verstoffwechselung entstehenden energiereichen Elektronen direkt an eine entsprechend gepolte Elektrode statt an einen chemischen Akzeptor abgeben.

Ein Großteil der bisherigen Untersuchungen zur MBZ wurde an Reinkulturen durchgeführt. Für die technisch relevanteren, auf Biofilm-Organismenkonsortien beruhenden MBZs, bei denen wahrscheinlich Kommunikation und Stoffaustausch zwischen den beteiligten Organismen und die Reaktion des gesamten Konsortiums auf sich ändernde Umgebungsparameter eine große Rolle spielen, sind solche Untersuchungen nur beschränkt extrapolierbar. Hier sind Untersuchungen zur Dynamik, zum Aufbau und zur Funktionsweise von Biofilmen abgestimmt auf das spezielle Umfeld „Brennstoffzelle“ und im elektrischen Feldgradienten ein geeigneterer Beitrag zur systematischen Weiterentwicklung dieses zukunftweisenden Energiekonzeptes. Entsprechende Untersuchungen werden innerhalb des ZET gemeinsam von den Lehrstühlen für Bioprozesstechnik und für Werkstoffverarbeitung der Universität Bayreuth durchgeführt.

 


HOTPEM

Lehrstuhl für Werkstoffverarbeitung (LSWV)

Laufzeit: 09/2006 – 12/2009

Finanzierung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie

Projektpartner: 3M Deutschland GmbH

Inhalte/Ziele: Ziel ist die Entwicklung eines neuen Komposit-Membranmaterials für den Einsatz in Brennstoffzellen. Das neue Material soll zu Membranen verarbeitet werden, die eine wesentliche Verbesserung der Funktionseigenschaften bei Temperaturen von 130° C und geringer relativer Feuchte ermöglichen und damit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der damit gefertigten Brennstoffzellen erheblich steigern. Zusätzlich zur Materialentwicklung hat das Projekt das Ziel, Grundlagen für Produktionsverfahren zu erarbeiten, mit denen es möglich wird, das neue Membranmaterial in industriell relevanten Mengen auf den Markt zu bringen.

 


Molekularbiologische und verfahrenstechnische Charakterisierung sowie Modellierung und Optimierung einer etablierten Biogasanlage

Lehrstuhl für Bioprozesstechnik (LBPT)

Laufzeit: 03/2005 – 02/2008

Finanzierung: Bayerische Forschungsstiftung (593/04)

Projektpartner: Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Hydrologie (Prof. Peiffer), RVT Process Equipment GmbH (vormals Rauschert Verfahrenstechnik), BKW Biokraftwerke Fürstenwalde GmbH

Inhalte/Ziele: Die Methan- und damit die Energieproduktion von Biogasreaktoren ist in Gegenwart hoher Ammoniakkonzentrationen gehemmt. Einer systematischen Untersuchung der zugrunde liegenden Ursachen stand lange die extreme Komplexität der „Biologie“ solcher Anlagen im Wege. In diesem Projekt wurde erstmals eine etablierte kommunale, thermophile Biogasanlage in molekularbiologischer und verfahrenstechnischer Weise charakterisiert, und darauf aufbauend der mögliche Einsatz eines physikalisch-chemischen Verfahrens zur Reduzierung des Ammoniakgehalts im Gärsubstrat und damit zur Verbesserung der Biogasausbeute näher untersucht. Hierzu wurden molekularbiologische Populationsanalysen durchgeführt. Die Fluiddynamik im technischen Reaktor wurde mittels CFA (Fluent) simuliert. In laborativen Untersuchungen, die begleitend zu den NH3-Strippversuchen im Biogas-Kraftwerk Fürstenwalde durchgeführt wurden, wurde zudem die Hypothese einer Hemmung der Mikrobiozönose durch zu hohe Ammoniakkonzentrationen sowie die Spezifik der Fettsäureverwertung (Acetat, Propionat, Butyrat) untersucht. Es zeigte sich, dass unter diesen Bedingungen vor allem die Azetogenese gehemmt wurde. Die praktische Durchführung von Strippversuchen erforderte den Einsatz eines Dekanters mit Zugabe von Flockungsmittel zur Verringerung des Feststoffanteils im Prozesswasser. Dieser zusätzlich notwendige Aufwand hatte jedoch zur Folge, dass das gesamte Verfahren trotz Erhöhung der Methanausbeute so aufwendig wurde, dass ein wirtschaftlicher Nutzen aus der Ammoniakstrippung nicht mehr abgeleitet werden konnte.

 

Anschrift

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

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