Das Verbundvorhaben ReveAl ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziertes Projekt. Das Ziel ist die Erforschung und Entwicklung einer bipolaren, umkehrbaren Brennstoffzelle. Eine solche Zelle kann unter Nutzung der gleichen Systemkomponenten sowohl als Brennstoffzelle als auch als Elektrolyseur betrieben werden, womit großes Potenzial besteht, nicht nur Kosten, sondern auch Platz und Gewicht einzusparen.

Im Vergleich zu bisherigen Systemen, welche mit einem einzigen pH-Wert arbeiten, kontrolliert die in ReveAl verwendete Bipolarmembran den pH-Wert der Kathode unabhängig von dem an der Anode. Dadurch können in der reversiblen Brennstoffzelle langzeitstabile, hochaktive und edelmetallfreie Katalysatoren sowie titanfreie Komponenten auch bei hohen Stromdichten verwendet werden. Einzigartiger Wassertransport verhindert zusätzlich Kathodenflutung und andere Komplikationen.  

Das vom Lehrstuhl für Technische Thermodynamik bearbeitete Teilvorhaben befasst sich mit der Erarbeitung eines theoretischen Verständnisses der thermodynamischen Prozesse und des Stofftransports in der Nähe der bipolaren Zwischenschicht der reversiblen Brennstoffzelle. Eine Optimierung der vorliegenden Prozesse soll sicherstellen, dass die Versorgung der reaktiven Vorgänge in der bipolaren Zwischenschicht mit Edukt nicht zum limitierenden Faktor wird. Aus diesem Grund wird eine Optimierung der Geometrie der Brennstoffzelle hinsichtlich des reversiblen Betriebs angestrebt.

Ergänzend zu diesen Betrachtungen wird im Rahmen einer techno-ökonomischen Studie die Wirtschaftlichkeit unter besonderer Berücksichtigung der Zuverlässigkeit untersucht. Aus den Ergebnissen der techno-ökonomischen Studie sollen ebenfalls Maßnahmen zur Optimierung abgeleitet werden.    

Das Verbundvorhaben Hoplyt ist ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziertes Projekt zur Optimierung der Wasserstoffproduktion in Elektrolyseuren mit einer Polymerelektrolytmembran (PEM). Spezifischer sollen Potentiale in Hochtemperatur-PEM-Elektrolyseuren erforscht werden. Aktuell verfügbare Elektrolyseure erlauben nur sehr begrenzt einen dynamischen Betrieb und sind aus diesem Grund nicht geeignet für die volatile Verfügbarkeit von erneuerbar generiertem Strom. Die PEM-Elektrolyse verspricht eine dynamische Betriebsweise, die dem aktuellen Strommix schnell angepasst werden kann. Durch die Einbindung von Abwärme aus anderen Prozessen kann der elektrische Energiebedarf der PEM-Elektrolyse reduziert werden.

Im Rahmen des Verbundvorhabens soll eine Versuchsanlage die Optimierungspotentiale belegen/demonstrieren. Die zu erforschenden Potentiale liegen physisch beim Katalysator, der Membran, der fluiddynamischen Leitstruktur und dem generellen Stackdesign. Energetische Potentiale werden durch unterschiedliche Temperatur-, Druck und Spannungsfahrweisen erforscht.

Das Teilvorhaben „Thermo- und Fluiddynamik der Zellen“ des Lehrstuhls für Technische Thermodynamik wird die energetischen Potentiale und die fluiddynamsiche Leitstruktur simulativ untersuchen. Ein energetisches Simulationsmodell wird Prognosen zur Dynamik des Systems und die möglichen nutzbaren Abwärmeströme zulassen. Das Erstellen eines fluiddynamsichen Modells wird eine Abbildung des Stofftransports in den Makro- und Mikrostrukturen des Elektrolyseurs ermöglichen.

Das Projekt SimPleShip ist ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des „Maritimen Forschungsprogramm“ gefördert Verbundvorhaben. Das Ziel ist die Entwicklung einer Simulationsplattform zur digitalen Gesamtanalyse und energetischen Betriebsoptimierung komplexer Passagierschiffe.
Mittels eines digitalen Abbildes (digital twin) können so Optimierungsmöglichkeiten bestehender Energiesysteme an Bord von Schiffen analysiert und Potentialanalysen zukünftiger neuer Energieerzeugungs- und -speichersysteme durchgeführt werden.

Das Projekt legt bei der Entwicklung, neben den Hauptkomponenten zur Energieumwandlung auf der Erzeugerseite, der Energiespeicherung und den antriebsseitigen Verbrauchern, einen besonderen Fokus auf passagierschifftypischen Anlagen wie zum Beispiel Klimatisierung und Wasseraufbereitung. Die Modellbibliothek enthält neben konventionellen Energiewandelsystemen Modelle neuartiger Systeme wie zum Beispiel Dual-Fuel-Motoren, Brennstoffzellen und Energiespeichersysteme in Form von elektrochemischen Batterien und thermischen Speichern.

Anhand der Modelle, die mit der Simulationsplattform erstellt werden, werden Untersuchungen hinsichtlich der Effizienzsteigerung in transienten Betriebszuständen wie z.B. dem Hotelbetrieb im Hafen, bei An- und Ablegemanöver oder das Verhalten des Systems unter verschiedenen klimatischen Bedingungen durchgeführt werden.

Das CAMPFIRE-Bündnis gehört zum Leitprojekt TransHyDE des BMBFs. Das Projekt bündelt Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für die Umsetzung der gesamten Transportkette von grünem Ammoniak am Standort Energiehafen Rostock-Poppendorf in der Region Nord-Ost. Ziel ist die Entwicklung von Energieumwandlungs- und Speichersystemen auf der Basis von grünem Ammoniak.

Neben Logistikstrukturen für den Ammoniak-Import und den Betrieb von Schiffen werden Lösungen für die Versorgungssicherheit durch regionale Erzeugung und Speicherung benötigt. Es werden dynamische Wandlungstechnologien für stationäre und mobile Energieversorgung sowie Versorgung von Tankstellen und Leitungen entwickelt.

Das Teilvorhaben CF08_2.3 befasst sich mit der thermischen Kopplung innerhalb eines Systems aus Ammoniak-Gasmotor und Ammoniak- Zersetzungseinheit. Die Zersetzungseinheit wird für die Aufbereitung des Ammoniaks benötigt, um ein gut zündfähiges Gemisch zu erzeugen. Sowohl die thermische Kopplung als auch die Zersetzungseinheit werden am LTT mittels verschiedener Simulationen analysiert und optimiert. Im Teilvorhaben CF10_3 wird die landseitigen Betankung von Schiffen mit grünem Ammoniak untersucht. Der LTT bearbeitet dabei die Fragestellung der thermischen Aufbereitung des Ammoniaks für den Tankvorgang. Dazu wird eine Modellierung des Prozesses vorgenommen, um die auftretend Wärmeströme zu analysieren und verschiedenen Betankungskonzepte bewerten zu können.

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Abwässer von Städten und Kommunen werden üblicherweise zentral gelegenen Kläranlagen zugeführt. Bei der Wasserreinigung fallen Schlämme an, die zur Düngung von landwirtschaftlich genutzten Flächen verwendet werden können. Gemäß der aktualisierten Klärschlammverordnung werden jedoch die reine Einlagerung sowie die Bodenaufbringung spätestens ab dem Jahr 2029 stark eingeschränkt, sodass Rohstoffe wie Phosphor teilweise zurückgewonnen werden müssen. Daher wird in diesem Projekt die Verwertung des Klärschlamms in dezentralen Wirbelschicht-Feuerungsanlangen kleiner Leistung untersucht, um trotz der inhomogenen und variablen Zusammensetzung des Klärschlamms eine ökonomisch und ökologisch nachhaltige Nutzung als alternativen Brennstoff zu ermöglichen. Um die detaillierte Auflösung aller multi-physikalischen Prozesse während der thermochemischen Konversion und Konvektion des stark wasserhaltigen Brennstoffs zu ermöglichen, kommen CFD-, CHT- sowie FEM-Simulation zum Einsatz. Dieser kombinierte Simulationsansatz ermöglicht die Erfassung der thermischen Belastung der Stahlkonstruktion und somit erst eine effektive Beurteilung und Reduktion der resultierenden Spannungen innerhalb des gesamten Wirbelschichtreaktors.