Dr.-Ing. Katharina Braun

Dieses Projekt zielt darauf ab, die industrielle Entwicklung von BZ-Technologie durch fein aufeinander abgestimmte Entwicklungen in Modellierung (Simulation) und Brennstoffzellen-Pru¨ftechnik (Experiment) zu beschleunigen. Die Modellierung muss skalenu¨berbru¨ckend sein und die Kopplung der Komponenten in der MEA abbilden. Die Pru¨ftechnik muss in der Lage sein, Randbedingungen der Simulation dynamisch im Experiment aufzuprägen und die Reaktion des Testobjekts dynamisch zu erfassen und in die Simulation zurückzugeben. Die Resultate aus diesem Zusammenspiel sollen die Industrie, insbesondere Schaeffler, befähigen, auf verkürzter Zeitskala eine bessere Qualität in der (A) Analytik und Interpretation von Messergebnissen (Auswirkungen von MEA-Ergebnissen auf das System), (B) Erfassung von Messdaten im dynamischen Betrieb (schnelle Messung, Erfassung und Auswertung transienter Betriebszustände), (C) Entwicklung optimierter Pru¨froutinen (standardisiert, gerafft, aussagekräftig) zu erreichen. Anders zusammengefasst generiert das Projekt inhaltliches Wissen zum Material- und Alterungsverhalten, insbesondere für die Kernkomponente MEA. Dieses für verschiedene Materialien und unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen gewonnene Wissen wird in Materialmodellen verarbeitet, zum Zweck der gezielten Modellerweiterung und -verfeinerung und für die Parametrisierung und Erprobung der Modelle. Damit verbunden wird ein methodischer Fortschritt erzielt, welcher erweiterte Simulationsmöglichkeiten zu einer vollumfänglichen Beschreibung und Vorhersage des Betriebs- und Alterungsverhaltens von Brennstoffzellensystemen ermöglicht. Die gewonnenen Kenntnisse und der praktische Fortschritt können direkt in der Auslegung von Brennstoffzellensystem eingesetzt werden. Ein weiterer methodischer Fortschritt wird erreicht in der effizienten Prüfung von Brennstoffzellensystemen und Teilkomponenten im Entwicklungsprozess.

Aufgaben und Ziele des Teilprojekts an der Professur für Fluidsystemtechnik sind...

a) ...die Modellierung der Energieflüsse im Brennstoffzellensystem eines Drehbohrgeräts, sowie der Energieversorgung des Drehbohrgeräts auf der Baustelle. Dabei werden neben den thermodynamischen und elektrischen Größen insbesondere auch die CO2 Emissionen und die Kostenfunktion der Einzelnen Bauteile und Betriebsstrategien berücksichtigt. Ergebnis wird ein Werkzeug zur Auslegung von Brennstoffzellensystemen für Spezialbaumaschinen im Offroad-Bereich.

b) ...die grundlegende Untersuchung von Wasserverdampfung zur effizienten Nutzung von Produktwasser aus dem Brennstoffzellenbetrieb. Die Herausforderung besteht darin, dass die Abwärme des Systems nur auf niedrigem Temperaturlevel (ca. 85 °C) zur Verfügung steht, aber hoher Kühlleistungen und Verdampfungsleistungen gefordert sind. Ergebnis wird ein Konzept zur effizienten Nutzung von Produktwasser in Brennstoffzellensystem für den Antrieb von Spezialtiefbohrgeräten sein.

c) ...die Charakterisierung eines Brennstoffzellensystems für die Anwendung in Spezialtiefbohrgeräten auf einem Prüfstand. Ergebnis wird ein Betriebskennfeld des konkreten Systems sein, auf dessen Basis eine optimierte Betriebsstrategie in der Anwendung entwickelt werden kann.

Das Ziel des Verbundprojektes ist es, ein Brennstoffzellensystem für die Nutzfahrzeuganwendungen zu entwickeln. Dabei wird ein innovatives und modulares Labor-Brennstoffzellensystem analysiert und die kritischen Komponenten bezüglich der Nutzfahrzeuganforderungen identifiziert und die Systemleistung entsprechende der spezifischen Anforderungen angehoben. Hierfür wird ein leistungsstärkerer Stack integriert und die System- und  Komponentenauslegung den Anforderungen angepasst. Die kritischen Komponenten sollen in diesem Projekt hinsichtlich Lebensdauer, Effizienz, Robustheit und Kosten optimiert bzw. weiterentwickelt werden. Auch ein gleichzeitiger Betrieb mehrerer Brennstoffzellen-Systeme soll realisiert werden, um die notwendige Systemleistung abzubilden. Eine Optimierung der Betriebsstrategie sowie die Erweiterung der Software-Funktionen sollen den Betreib des Heavy Duty Brennstoffzellensystems in der Nutzfahrzeuganwendung sicherstellen.