Energie und Mobilität
Refine
Year of publication
- 2021 (60) (remove)
Document Type
- Article (21)
- conference proceeding (article) (18)
- conference talk (10)
- Report (5)
- Part of a Book (2)
- Master's Thesis (2)
- conference proceeding (presentation, abstract) (1)
- Preprint (1)
Is part of the Bibliography
- no (60)
Keywords
- Erneuerbare Energien (10)
- Energiewende (7)
- Klimaneutralität (7)
- Power-to-Gas (6)
- Sektorenkopplung (3)
- Archaeen (2)
- Batterien (2)
- Battery management system (2)
- Battery management systems (2)
- DC-DC power converters (2)
Institute
- Fakultät Elektro- und Informationstechnik (37)
- Fakultät Maschinenbau (18)
- Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) / Forschungsgruppe Energiespeicher (16)
- Combustion Engines and Emissions Control Laboratory (CEEC) (7)
- Forschungsstelle für Energienetze und Energiespeicher (FENES) / Forschungsgruppe Energienetze (5)
- Labor Sorptionsprozesse (5)
- Labor Datenkommunikation (4)
- Labor Elektrische Maschinen und Antriebstechnik (3)
- Labor Industrielle Elektronik (3)
- Labor Intelligente Materialien und Strukturen (3)
Begutachtungsstatus
- peer-reviewed (30)
- begutachtet (2)
Axles with leaf spring suspension systems are still a popular choice in many commercial vehicles. However, leaf springs are not in perfect conformity to standard multibody vehicle models because they combine guidance and suspension in one single element. Combining standard multibody vehicle models with sophisticated finite element leaf spring models results in rather complex and computing time-consuming solutions. Purely kinematic models, defined by lookup tables or the design kinematics approach, cover only some but not all features of the leaf spring suspension. As shown here, the five-link model, which incorporates a quasi-static solution of the leaf spring compliance, provides a very practical model. It is comparatively lean and provides results of sufficient accuracy in the whole application range.
In order to function as soft actuators, depending on their field of use, magnetorheological elastomers (MREs) must fulfill certain criteria. To name just a few, these can include rapid response to external magnetic fields, mechanical durability, mechanical strength, and/or large deformation. Of particular interest are MREs which produce macroscopic deformation for small external magnetic field variations. This work demonstrates how this can be achieved by just a small change in magnetic field orientation. To achieve this, (super)paramagnetic nickel particles of size ≈ 160 μm were embedded in a non-magnetic polydimethylsiloxan (PDMS) (661–1301 Pa) and their displacement in a stepwise rotated magnetic field (170 mT) recorded using a video microscope. Changes in particle aggregation resulting from very small variations in magnetic field orientation led to the observation of a new strongly magneto-active effect. This configuration is characterized by an interparticle distance in relation to the angle difference between magnetic field and particle axis. This causes a strong matrix deformation which in turn demonstrates hysteresis on relaxation. It is shown that the occurrence strongly depends on the particle size, particle distance, and stiffness of the matrix. Choosing the correct parameter combination, the state can be suppressed and the particle-matrix system demonstrates no displacement or hysteresis. In addition, evidences of non-negligible higher order magnetization effects are experimentally ascertained which is qualitatively in agreement with similar, already theoretically described, particle systems. Even at larger particle geometries, the new strongly magneto-active configuration is preserved and could create macroscopic deformation changes.
For lithium iron phosphate batteries (LFP) in aerospace applications, impedance spectroscopy is applicable in the flat region of the voltage-charge curve. The frequency-dependent pseudocapacitance at 0.15 Hz is presented as useful state-of-charge (SOC) and state-of-health (SOH) indicator. For the same battery type, the prediction error of pseudocapacitance is better than 1% for a quadratic calibration curve, and less than 36% for a linear model. An approximately linear correlation between pseudocapacitance and Ah battery capacity is observed as long as overcharge and deep discharge are avoided. We verify the impedance method in comparison to the classical constant-current discharge measurements. In the case of five examined lithium-ion chemistries, the linear trend of impedance and SOC is lost if the slope of the discharge voltage curve versus SOC changes. With nickel manganese cobalt (NMC), high impedance modulus correlates with high SOC above 70%.
Simulation and Techno-Economic Analysis of a Power-to-Hydrogen Process for Oxyfuel Glass Melting
(2021)
As an energy-intensive industry sector, the glass industry is strongly affected by the increasingly stringent climate protection targets. As established combustion-based production systems ensure high process stability and glass quality, an immediate switch to low greenhouse gas emission processes is difficult. To approach these challenges, this work investigates a step-by-step integration of a Power-to-Hydrogen concept into established oxyfuel glass melting processes using a simulation approach. This is complemented by a case study for economic analysis on a selected German glass industry site by simulating the power production of a nearby renewable energy park and subsequent optimization of the power-to-hydrogen plant performance and capacities. The results of this study indicate, that the proposed system can reduce specific carbon dioxide emissions by up to 60%, while increasing specific energy demand by a maximum of 25%. Investigations of the impact of altered combustion and furnace properties like adiabatic flame temperature (+25 °C), temperature efficiency (∆ξ = −0.003) and heat capacity flow ratio (∆zHL = −0.009) indicate that pure hydrogen-oxygen combustion has less impact on melting properties than assumed so far. Within the case study, high CO2 abatement costs of 295 €/t CO2-eq. were determined. This is mainly due to the insufficient performance of renewable energy sources. The correlations between process scaling and economic parameters presented in this study show promising potential for further economic optimization of the proposed energy system in the future.
Assuming that future connected cars with automated driving functions will require even more computing power and communication bandwidth, the current network infrastructure as well as the existing individualized control units are not a profitable option for such vehicles. In addition, changing user expectations demand flexible architectural patterns and upgradeability of software components without the need to visit the workshop. However, the current statically developed and configured ECU architecture does not offer any practicable possibilities for this. For these reasons, the research for a new dynamic and flexible architecture is necessary. This new type of system architecture is expected to meet future requirements in terms of space, cost, performance, energy efficiency and number of required computing units in the vehicle, which will arise as a result of the implementation/inclusion of new automated driving functionalities, and due to the changes in user expectations.
Solutions to this issue can be found in the field of enterprise
IT (cluster computing), in which technologies such as Ethernet,
container-based virtualization and flexible software architectures have proven themselves to be very efficient for years.
Relevant infrastructures, for example from cloud computing providers, have commonly been used in high-performance or high-availability applications. Thus, in the research project A 3F has been investigated which of these concepts and methods can be applied to modern vehicle system architectures. One of the main goals is to assess the synergy potential of the two sectors, information technology and automotive industry, which to date have very different orientations. However, this synergy is expected to grow strongly in the course of the developments mentioned above.
In the following pages, the necessary changes related to hardware and software will be discussed briefly und will be compared to concepts and possible solutions from the IT world.
Power-to-Ammoniak
(2021)
Ammoniak ist Grundbaustein für die Herstellung von Düngemitteln und dementsprechend für die Nahrungsmittelindustrie unentbehrlich. Ca. 40-50 % der Weltbevölkerung sind von Nahrungsmitteln abhängig, die mit Hilfe von Ammoniakdüngern hergestellten wurden. Weltweit wurden alleine im Jahr 2015 181 Mt Ammoniak produziert, wodurch die Ammoniakherstellung mit 1,2 % am gesamten Energieverbrauch der Welt beteiligt ist und für 0,93 % der globalen Treibhausgasemissionen zuständig ist.
Auch in Zeiten der Energiewende ist diese Grundstoffchemikalie unentbehrlich, ist aber auf einem anderen Wege herzustellen. Ziel dieser Arbeit ist die Darstellung verschiedener Möglichkeiten zur erneuerbaren Elektrifizierung und Dekarbonisierung der Ammoniakindustrie, wodurch der Einsatz von herkömmlichen Energieträgern wie Erdgas, Kohle und Öl negiert werden kann.
Ammoniak wird aktuell über das Haber-Bosch-Verfahren aus den Rohstoffen Erdgas, Kohle und Öl gewonnen. Bei diesem Verfahren wird über einen Primär- und Sekundärreformer Wasserstoff und Stickstoff gewonnen. Andere Gasbestandteile werden gefiltert oder umgewandelt, um schädliche Katalysatorgifte (CO, H2S) zu entfernen. Im Reaktor wird an Eisenkatalysatoren aus Wasserstoff und Stickstoff letztendlich Ammoniak hergestellt. Der Energieverbrauch des Haber-Bosch Verfahrens schwankt zwischen 7,8 MWh/t NH3 für eine moderne und sehr effiziente Anlage mit Erdgas und 13,6 MWh/t NH3 für eine alte mit Kohle betriebene Anlage. An Emissionen treten pro hergestellter Tonne Ammoniak je nach Rohstoff 1,6-3,8 t CO2-eq auf.
Neben der Biomassevergasung gibt es mehrere rein elektrische Ansätze zur Ammoniakherstellung. Die unterschiedlichen elektrochemischen Ansätze zur direkten Ammoniaksynthese, wie der Einsatz von Flüssigsalzelektrolyten oder Feststoffelektrolyten, wurden in Abschnitt 3.2 vorgestellt. Einige dieser Technologien zeigen vielversprechende Ansätze, sind jedoch zum aktuellen Zeitpunkt noch zu weit von einem industriellen Einsatz entfernt.
Der Einsatz der Wasserelektrolyse in Kombination mit einer Luftzerlegungseinheit ist die derzeit vielversprechendste Methode Ammoniak auf einem strombasierten und dekarbonisierten Wege herzustellen. Bei diesem System wird Wasserstoff im Elektrolyseur und Stickstoff in der Luftzerlegungseinheit hergestellt. Die Ammoniaksynthese findet hierbei in einem Reaktor nach Vorbild des Haber-Bosch-Prozesses statt. Mit diesem System ist ein Energieverbrauch von ca. 10 MWh/t NH3 notwendig. Durch den Einsatz von rein erneuerbar hergestelltem Strom als Energieträger lässt sich mit diesem Technologiezusammenschluss die Ammoniakherstellung komplett Emissionsfrei gestalten. Dadurch können alleine in Deutschland jährlich bis zu 7,8 Mt CO2-eq eingespart werden.
Eine zukünftige Umstrukturierung der Ammoniakherstellung und der gesamten chemischen Industrie ist unabdingbar. Diese kann aber nur parallel mit einem Ausbau erneuerbarer Energien umgesetzt werden. Mit der Wasserelektrolyse und der Luftzerlegungseinheit sind die technischen Möglichkeiten für diesen Umbau bereits heute gegeben und brauchen nur noch eingesetzt werden.
Durch den Ausstieg aus der Verstromung fossiler Energieträger und der daraus resultierenden dezentralen Stromerzeugung ist ein Aus- bzw. Umbau des deutschen Übertragungsnetzes erforderlich. Weil aus der dezentralen Energieerzeugung große Trassenlängen resultieren, welche bei Wechselstrom zu Blindleistungsproblematiken führen, wird dort vermehrt auf Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung zurückgegriffen. Im Rahmen des Forschungsprojekts DC CTL DBI (direct current compact transmission line – directly buried investigastions) wurde ein gasisolierte HGÜ-Leiter (GIL) erdverlegt und bei ständigem Monitoring über umfangreiche Sensorik einem Langzeitversuch unterzogen. Anstelle einer klassischen Sandbettung kam ein zeitweise fließfähiger, selbstverdichtender Verfüllbaustoff (ZFSV) zum Einsatz. Somit können Schäden an der Übertragungsleitung infolge Verdichtungsaufwand vermieden und gleichzeitig bessere Bodeneigenschaften hinsichtlich der Wärme- und Wassertransportprozesse erreicht werden.
In this study, a fully automated process converting hydrogen and carbon dioxide to methane in a high temperature trickle-bed reactor was developed from lab scale to field test level. The reactor design and system performance was optimized to yield high methane content in the product gas for direct feed-in to the gas grid. The reaction was catalyzed by a pure culture of Methanothermobacter thermoautotrophicus IM5, which formed a biofilm on ceramic packing elements.
During 600 h in continuous and semi-continuous operation in countercurrent flow, the 0.05 m3 reactor produced up to 95.3 % of methane at a methane production rate of 0.35 mCH43mR-3h-1. Adding nitrogen as carrier gas during startup, foam control and dosing of ammonium and sodium sulfide as nitrogen and sulfur source were important factors for process automation.
Im Alter nimmt das Quartier aufgrund geringerer Aktionsradien an Bedeutung zu. Der Beitrag befasst sich mit der Frage, welche Besonderheiten sich bei Senioren-Haushalten im Hinblick auf Wohnen und soziale Teilhabe zeigen. Aus dem Projekt MAGGIE werden Ergebnisse einer schriftlichen Haushaltsbefragung (N=195) in der Wohngenossenschaft Margaretenau Regensburg dargestellt. Hierbei wird auf die aktuelle und zukünftige Wohnsituation, den Veränderungsbedarf, den Wunsch nach Gemeinschaftsangeboten und die soziale Einbettung eingegangen. Es zeigt sich eine geringe Veränderungsbereitschaft und ein überdurchschnittlich hohes Maß an lokalem Sozialkapital. Am Ende werden Schlussfolgerungen für das Sanierungs- und Quartiersmanagement gezogen.
FMS-Berichte (Mai 2021)
(2021)
Dieser Bericht entstand auf Initiative der Studierenden des 2020 neu gegründeten Masterstudiengangs „Elektro- und Informationstechnik (MEI)“, die an der Pflichtlehrveranstaltung „Forschungsmethoden und Seminar (FMS)“ im Wintersemester 2020/21 teilnahmen.
Diese Lehrveranstaltung hat das Ziel, systematisch an das wissenschaftliche Arbeiten, speziell die Wissenschaftskommunikation, heranzuführen.
Daher war geeignete Literatur zu einem individuellen Thema zu recherchieren, Veröffentlichungen auf ihre Relevanz hin zu beurteilen und letztendlich eine eigene Ausarbeitung basierend auf der Literaturrecherche zu erarbeiten und diese in einem Vortrag zu präsentieren.
Parallel dazu erfolgte im Theorieteil die entsprechende Hinführung zu den verschiedenen Elementen der Wissenschaftskommunikation:
• Bedeutung der Wissenschaftskommunikation für die Arbeit der Ingenieure in Forschung und Entwicklung
• Literaturrecherche, Suchmaschinen, Sichtung und Analyse vorhandener Publikationen, Bewertung der Qualität aufgefundener Fachliteratur, Auswahl geeigneter Materialien für die eigene Arbeit
• Aufbereitung und Darstellung der recherchierten technischer Inhalte in Form einer seitenanzahlbegrenzten wissenschaftlichen Ausarbeitung
• Einhalten formaler Randbedingungen bzgl. Strukturierung, einschl. Bildnachweise und Zitationsstile
• Peer-review-Prozess bei wertschätzender Beurteilung der Leistung anderer
• Publikumsangepasstes Aufbereiten komplexer fachlicher Inhalte mit hochschulöffentlicher Präsentation der Ergebnisse
• Führen mündlicher wissenschaftlicher Diskurse
Nachdem die Masterstudierenden in der Regel über noch keine eigene
wissenschaftliche Forschungserfahrung bzw. -inhalte verfügen, lag der wählbare Schwerpunkt der Literatursuche auf der Bearbeitung von vorgegeben aktuellen technischen oder gesellschaftspolitischen Forschungsthemen.