Dr. Hanna Heyl

Prof. Dr. Robert Vaßen

Dr. Jochen Fiebig

Prof. Dr. Robert Vaßen

Jana Joeris

Prof. Dr. Robert Vaßen

Jens Igel

Prof. Dr. Robert Vaßen

03/2020 - 08/2023

Prof. Dr. Norbert H. Menzler

Dr. Martin Juckel

Finanziert vom BMBF im Rahmen der Initiative Wasserstoffrepublik Deutschland, bearbeitet das Projekt die spezifischen Degradationsphänomene einer sog. metallgestützten Festoxidbrennstoffzelle (MSC) zur Rückverstromung über erneuerbare Quellen generierten Wasserstoffs. Unter Führung der Firma Bosch und zusammen mit der Firma RJL und den Forschungspartnern KIT, HS Aalen und HS Karlsruhe kümmern sich die Institute IEK-1, -2 und -14 insbesondere um die thermisch-atmosphärischen Degradationsphänomene (materialspezifisch, mikrostrukturabhängig und thermodynamisch/kinetisch) und die Fortentwicklung der MSC.

https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/grundlagenforschung/brennstoffzellen

Prof. Dr. Norbert H. Menzler

Dr. Michael Wolff

Ebenfalls auf der Initiative Wasserstoffrepublik Deutschland basierend, wird im BMBF-finanzierten Förderprojekt der Schwerpunkt auf spezifische, nur unter Elektrolysebedingungen auftretende Degradationseffekte gelegt. Am IEK-1 werden hierzu alternative Brenngaselektroden entwickelt und markttaugliche Herstellungsverfahren fortentwickelt. Eine breite Beteiligung weiterer deutscher Industriepartner (Kerafol, Hexis/mPower, Sunfire, Mann+Hummel, Bosch, Horiba FuelCon, SOLIDpower) sowie externe Forschungseinrichtungen (IKTS, DLR, KIT) und Jülich-Institute (IEK-2, -9, -13, -14) sichert eine breite Herangehensweise zum Verständnis und zur Lösung der auftretenden Effekte.

https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/grundlagenforschung/brennstoffzellen

FZJ (IEK-1, -2, ZEA-1), TU BA Freiberg, RWTH Aachen, KIT, FhG-IPA, HZDR, Heraeus, Öko-Institut, Dechema, Hexis/mPower, TU München

Prof. Dr. Olivier Guillon

Prof. Dr. Norbert H. Menzler

01/2022- 12/2024

IEK-2, IAM-ET (KIT), IDM (HSKA)

BMBF

03SF0641A

Dr. Christian Lenser

Im Rahmen des Projekts soll ein elektrochemischer Membranreaktor entwickelt werden, der bei mittlerer oder hoher Temperatur mit co-ionischen (H⁺ und O₂-) keramischen Leitern (ci-EMRs) die H₂O/CO₂ co-Elektrolyse zur effizienten Umwandung/Speicherung von erneuerbaren Energie in synthetische Kraftstoffe vollzieht. Hauptaugenmerk wird auf den Temperaturbereich von 400-500°C gelegt, in dem aus der anionischen Elektrolyse von H₂O zu H⁺ und der Umwandlung von CO₂ auf der anderen Membranseite, Chemikalien/Energieträger wie Methanol, Methan, oder bei darüber liegenden Temperaturen Synthesegas entstehen. Als Funktionsschicht dient eine 10-40 µm Dicke, keramische protonenleitende Membran die bei höheren Temperaturen H+ durch das Gitter transportiert. Auf deutscher Seite wird der Fokus auf der Entwicklung der Membranstrukturen, sowie der Entwicklung verbesserter protonenleitender keramischer Materialien und geeigneter Ausgangspulver liegen. Der Hauptschwerpunkt wird auf die Herstellung der keramischen Membranstruktur mittels 3D Druck gelegt. Diese Technologie ist für die notwendigen, hochkomplexen Keramiken keineswegs Stand der Technik, verspricht aber ein enormes Potential hinsichtlich kostengünstiger Einstellung einer optimalen Mikrostruktur. Zu Vergleichszwecken werden Strukturen mittels sequentiellen Folienguss hergestellt. Die griechische Seite wird den Prozessverfahrenstechnik und die anwendungsnahe, elektrochemische Charakterisierung im Projekt bearbeiten. Durch dieses Projekt wird die Problematik der Energiespeicherung bei einem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Energiesystem (Energiewende) aufgegriffen. Ziel ist die Entwicklung von alternativen und effizienten Prozessen zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen. Im Erfolgsfall sind die Verfahren aber auch für die Herstellung von wichtigen Basischemikalien hoch innovativ. Die Projektthematik beinhaltet einige Risiken und wird deshalb noch nicht im großen Maße von der Industrie verfolgt.

Forschungszentrum Jülich - Pressemitteilungen - Synthetische Kraftstoffe: 3D-Druck soll Effizienz steigern und Kosten senken (fz-juelich.de)

Um den weltweit stetig steigenden Bedarf an Energie- und Sachgütern nachhaltig zu decken, bedarf es in der Kraftstoff- und Chemieindustrie der Nutzung erneuerbarer Ressourcen. Dies wird von wesentlicher Bedeutung sein, um die herausragende Stellung der europäischen Chemieindustrie zu erhalten und die ehrgeizigen EU-Ziele für 2030 in den Bereichen Klimawandel, Prozesseffizienz und Sicherheit zu erreichen. 46 und 36 % des Energieverbrauchs in Deutschland bzw. den Niederlanden ist auf die Industrie zurückzuführen. Die Verbesserung der industriellen Energieeffizienz ist daher eine wichtige Aufgabe der Forschung. Das Projekt „Amazing“ greift mehrere Förderprioritäten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie direkt auf. Im Mittelpunkt stehen die sektorspezifische energetische Optimierung bestehender Industrieprozesse sowie die effiziente Nutzung von Sekundärenergieformen und der Austausch fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energieträger. Die direkte Nutzung von erneuerbarem Strom in der chemischen Industrie (Power to Chemicals) ist jedoch nicht einfach, da der überwiegende Teil der für die Durchführung der chemischen Reaktionen benötigten Wärme durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird. Der Ersatz großtechnischer Hochtemperatur-Crackingprozesse durch eine elektrisch getriebene thermokatalytische Aktivierung von Alkanen zur Herstellung chemischer Bausteine (z.B. Alkene) ist ein vielversprechender Weg zur Reduktion der CO₂-Emissionen. Eine Alternative zum energieintensiven Standardprozeß besteht darin, gemischt ionisch-elektronisch leitende (MIEC) Membranen mit metallgetragenen Katalysatoren zu kombinieren. Im Projekt Amazing streben wir die Entwicklung von additiven Fertigungstechnologien wie 3D-Druck an, um selbsttragende katalytische Membranreaktorsysteme zu entwickeln, die das volle Potenzial der RDH-Membranreaktoren ausschöpfen. Die angewandten additiven Fertigungswege versprechen ein einfaches Upscaling auf vollständige kommerzielle Systeme.