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As a contribution to the national hydrogen strategy, 3.5 years ago, the Delfin research project started with the aim of developing a cost- and material-optimized hydrogen tank design for automotive application. Under the patronage of the National Organization Hydrogen and Fuel Cell Technology (NOW), a consortium consisting of 9 research institutes, component suppliers, engineering service providers and automobile OEMs is processing a wide range of work packages. The focus of BAM research sets on impact testing and safety-related characterization of pressure vessels of different development stages. Furthermore, the implementation of nondestructive testing methods is applied. The presentation shows an overview of the BAM work packages and an extraction of the results generated so far.
Due to their increasing energy density, lithium-ion-batteries (LIBs) play a key role in the traffic energy transition. Regarding their safety behavior, the main challenge of LIB-cells remains the thermal runaway (TR) process. In situ/operando investigations of the TR on commercial cells is possible with radiographic and computer tomographic measurements. Nonetheless, high resolution visualization of the TR persists as a challenge due to the high progression speed of the TR-process itself. Generally, performing abuse tests at cryogenic temperatures allows to slow down or even prevent the TR. Nevertheless, not all abuse methods are suitable for TR investigations at low temperatures. Nail penetration is an appropriate option, however, contains numerous unknown parameters and therefore suffers regarding reproducibility.
Herein, a self-developed high precision nail-penetration-setup is introduced, approaching the necessary mechanically reproducibility with controlled temperatures down to -190°C. The setup allows the preparation of critically abused, however, at cryogenic temperatures stable LIB-cells. These cells were controlled rethermalized to room temperature during synchrotron x-ray computer tomography (SXCT) with a pixel size up to 0.7 μm. During this measurement, the temperature and voltage of the cell is monitored allowing the visualization of the initial internal cell reactions. This study reveals the relation between internal reactions and cell voltage. Finally, the developed set-up enables in-depth analysis of thermal runaway behavior down to material level for various commercial battery cells in the future.
In den von der BAM anerkannten Prüfstellen kommen derzeit unterschiedliche Methoden der Schüttwinkelmessung zum Einsatz. Es ist unklar, welche dieser Methoden sich prinzipiell für welche Füllgüter eignen. Daher werden derzeit systematische Untersuchungen an der BAM durchgeführt, die im folgenden vorgestellt werden.
Die in den von der BAM anerkannten Prüfstellen für Gefahrgutverpackungen gängigen Schüttwinkel-Messmethoden werden verglichen, anhand der Messung an fünf pulverförmigen oder körnigen Stoffen mit gefährlichen Eigenschaften. Zusätzlich wird die Untersuchung des Einflusses einer unterschiedlichen klimatischen Vorlagerung vorgenommen.
Es ist bislang noch keine einheitliche Vorgehensweise und kein bestimmtes Prüfverfahren für die Schüttwinkelmessung festgelegt. Bei den Prüffüllgütern handelt es sich nicht nur um gefährliche Ersatzfüllgüter, sondern zum Teil auch um gefährliche Originalfüllgüter. Es liegen noch keine systematische Untersuchungen darüber vor, welche der in den Prüfstellen gängigen Methoden sich prinzipiell für die Anwendung bei bestimmten Extremfällen von Füllgütern eignen. Ziel der Untersuchungen ist daher ein systematischer Vergleich bei der Anwendung verschiedener in den Prüfstellen gängiger Schüttwinkelmessmethoden.
Vergleichende Fallversuche zur Bewertung von Fallfundamenten - Ausblick auf Untersuchungen der BAM
(2020)
Oft verfügen Produktionsstätten über bereits verbaute Fallfundamente, die nicht das geforderte Massenverhältnis von 1:50 aufweisen. Gemäß ADR ist jedoch auf dem Niveau der Musterprüfung zu prüfen. Es ist daher fraglich, ob die Prüfungen im Rahmen der Eigenüberwachung und die Baumusterprüfungen vergleichbare Ergebnisse liefern, wenn die Fallfundamente unterschiedlich beschaffen sind. Ziel der Untersuchungen ist daher die Entwicklung eines Untersuchungs- und Prüfkonzepts für bereits verbaute Fallfundamente für Gefahrgutverpackungen im Rahmen einer ingenieurwissenschaftlichen Promotionsarbeit.
Der derzeit in den Gefahrgutvorschriften genannte Bubble Test ist keine geeignete Prüfmethode, um für alle Verpackungsvolumina ein Dichtheitsniveau sicherzustellen, welches auf Sicherheitsbetrachtungen unter Beförderungsbedingungen basiert. Für kleinere Verpackungsbauarten müssten theoretisch empfindlichere Prüfmethoden angewandt werden. Auf der anderen Seite sollten Bauartprüfungen für Gefahrgutverpackungen nicht zu kompliziert sein. Daher sollte die Auswahl einer Methode erfolgen, die sowohl eine ausreichende Empfindlichkeit aufweist als auch über eine einfache Art der Durchführung verfügt.
Verbundvorhaben KoBrA: Ausblick zur Umsetzung von Anforderungen in Technische Behälterkonzepte
(2018)
Als Ausblick auf noch ausstehende Arbeiten zum Verbundvorhaben "KoBrA" zur Erfassung nationaler und internationaler Anforderungen und Konzepte für Behälter zur Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in den potentiellen Wirtsgesteinformationen Kristallin, Ton und Salz werden die grundlegenden Anforderungen und Schutzziele der Endlagerbehälter untersucht und der konzeptionelle Weg von Anforderungen hin zu Konzepten erläutert.
Im Vorhaben "KoBrA" sollen aus bestehenden Anforderungen für endlagerfähige Behälter und aus internationalen Erfahrungen ein aktueller Stand auf dem Gebiet der Behälterforschung für HLW/SF-Behälter ermittelt und generische Vorschläge für HLW/BE-Endlagerbehälterkonzepte in den drei potentiellen Wirtsgesteinen (Kristallin, Ton oder Salz) erarbeitet werden.
Im Vorhaben "KoBrA" sollen aus bestehenden Anforderungen für endlagerfähige Behälter und aus internationalen Erfahrungen ein aktueller Stand auf dem Gebiet der Behälterforschung für HLW/SF-Behälter ermittelt und generische Vorschläge für einen deutschen HLW/BE-Endlagerbehälter in den drei potentiellen Wirtsgesteinen (Kristallin, Ton oder Salz) erarbeitet werden. Im Arbeitspaket 1 wird dafür eine umfassende Literaturrecherche zu internationalen Behälterkonzepten durchgeführt, deren erste Ergebnisse hier präsentiert werden.
Verbundvorhaben "KoBrA"
(2018)
Im Verbundvorhaben "KoBrA" sollen systematisch Randbedingungen, Anforderungen und Konzepte für BE/HLW-Endlagerbehälter in den potentiellen Wirtsgesteinen Kristallin, Ton und Salz gesammelt, zusammengetragen und ausgewertet werden. Am Ende sollen generische Behälteranforderungen und -Konzepte für mögliche endlagerfähige Behälter in Deutschland erarbeitet werden. Hier wird ein Überblick über das gemeinsam mit unseren Partnern von der DBE TEC (jetzt BGE TEC) bearbeitete Gesamtvorhaben mit allen Arbeitspaketen gegeben.
For the realization of a sustainable energy economy, it is of great importance to develop CO2 -neutral methods producing multi-carbon organic chemicals used as feedstock in the chemical industry as well as carbon-neutral fuels. A promising method to alleviate the greenhouse effect and thereby forming value-added chemicals or syngas as an energy carrier, is through the electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR). In this work, a bioelectrotechnological approach is developed, in which the CO2RR reaction products (CO and H2) are directly fed to bacteria (acetogens), who use them as “reduction equivalents” to further metabolize CO2 to valuable carbon compounds. Therefore, a bio-electrochemical system consisting of a bioreactor coupled to a CO2 electrolysis cell will be established. Currently, scarce catalysts such as Ag and Au are used as for the CO2RR which may hamper the use of decentral CO2 conversion technology for cost reasons.
The technological viability of the bacteria-assisted electrolysis depends on the usage of efficient, biocompatible, and selective electrocatalysts prepared from inexpensive precursors. Porous transition metal and nitrogen co-doped carbons (M-N-Cs) have emerged as precious-metal free electrocatalysts for the direct electrochemical reduction of CO2 into CO and are excellent candidates for scale-up and deployment in technological applications. Furthermore, Co/Ni/Zn functioning as the catalytically active sites will be used, as they are expected to depict non-bactericidal properties in contrast to Cu and Ag catalysts. The non-bactericidal property could e.g., allow for application within the hybrid device (bio-electrochemical system), without the need to separate bacteria and cathode catalyst. The MNCs with the most promising electrocatalytic activity and selectivity will be evaluated in abiotic conditions in the hybrid bio-electrochemical reactor system.
Update on Work and Meetings in Germany about the Spent Fuel Behavior for Transport and Storage
(2018)
The presentation gives an update about the work on the spent fuel behavior for transport and storage in Germany. Recent developments and meetings are discussed. In this context the results of the hot cell tests on fuel rod segments performed at JRC in Karslruhe in collaboration with BAM are shown. Furthermore, a new research project about the investigations on potential brittle failure of cladding materials under long-term dry interim storage conditions, which is currently starting at BAM 3.4 is presented.
Im Zusammenhang mit den Untersuchungen zu den Möglichkeiten von gekühlten Transporten von Lithiumbatterien werden unterschiedliche Zerstörungsmethoden vorgestellt und diskutiert. Insbesondere wird dabei das neu entwickelte Nageltool und die vorläufigen Untersuchungen für den Einfluss von Ultratiefkühlung auf unbeschädigte Lithiumbatterien vorgestellt.
Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen (z.B. Polyethylen) sind für einen sicheren Betrieb von 30 Jahren, dem Zeitraum der Produkthaftung, ausgelegt. Die Tankhersteller empfehlen zur Gewährleistung der Sicherheit nach Ablauf von 30 Jahren den Ersatz dieser Behälter. Kunststoffe unterliegen im Laufe ihrer Nutzungsdauer der Alterung durch die Veränderung ihrer Eigenschaften. Das Ausmaß der Alterung und die Art des Abbauvorganges hängen im Wesentlichen vom chemischen Abbau des Kunststoffes, der Wanddicke des Behälters und den Umgebungsbedingungen ab. Aufgrund der Komplexität der Alterungsvorgänge sind Aussagen zum Langzeitverhalten bzw. zur Lebensdauer der Heizöllagerbehälter ohne geeignete Langzeitprüfungen problematisch. Bisher liegen keine Untersuchungen zum Langzeitverhalten der Kunststoffe vor, insbesondere nach einer Nutzungsdauer über 20 Jahre. In der BDH-Broschüre: Effiziente Systeme und erneuerbare Energien wird darauf hingewiesen, dass ca. 45 % der Heizöllagerbehälter aus Kunststoffen in Deutschland 26 Jahre und älter sind. Viele dieser Tankanlagen sind zudem noch nie von einem Sachverständigen überprüft worden. Schätzungen gehen davon aus, dass mehr als 10.000.000 Tankanlagen aus Kunststoffen in Deutschland vor 1987 errichtet wurden.
Ziel der Untersuchungen ist, den Schädigungsgrad der Kunststoffe im Vergleich zu den unbelasteten Werkstoffen zu ermitteln. Da die BAM bis Ende der 80-iger Jahre für die Zulassung dieser Behälter zuständig war, sind die Daten über den eingesetzten Werkstoff für den Vergleich noch vorhanden. Der Bundesverband Lagerbehälter e.V. und das Institut für Wärme und Oeltechnik (IWO) befürworten diese Untersuchungen, um eine Überalterung der Tankanlagen zu vermeiden. Diese Überalterung könnte die zukünftige Gefahr für die Heizöltankanlage sein, nicht der Wettbewerb mit anderen Energieformen.