Bundes- und Landesministerien

 

Die hier genannten wissenschaftlichen Arbeiten wurden durch folgende Einrichtungen gefördert:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Bundesministerium für Forschung und Bildung (BMBF)
Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW (NRW)

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Ausgewählte wissenschaftliche Arbeiten:
  • Zukunftscluster Wasserstoff : „Innovationsnukleus der Wasserstoffökonomie (Umsetzungsphase 1)"
  • Carbon2Chem - „Carbon2Chem-2 L-4: C2+-Alkohole, C2+-OIefine, synthetische Kraftstoffkomponenten"
  • Methanolstandard – „Untersuchung der technischen Grundlagen zur Standardisierung von Methanol-Kraftstoffen in Europa"
  • GNOSIS – „Holistische Bewertung des elektrischen Fliegens"
  • Methcar – „Verbundprojekt: MethCar - Methan Motoren für Pkw
    Teilvorhaben: Injektorrobustheit und Abgaskatalyse in Abhängigkeit der Kraftstoffzusammensetzung"
  • C3-Mobility – "Closed Carbon Cycle – Mobility: Klimaneutrale Kraftstoffe für den Verkehr der Zukunft"
  • Leimot – „Leichtbau-Motor: Gewichtsreduzierung eines Verbrennungsmotors durch gezielte Strukturoptimierung und Verwendung von Hybrid Metall- und Kunststoff-Komponenten"

Abgeschlossene Projekte:

  • X-EMU – „Entwicklung und Validierung eines Hochleistungs-Brennstoffzellen-Antriebes für Hybrid-EMU-Triebzüge in einem Traktionsbaukastensystem"
  • P2X Kopernikus – „Erforschung, Validierung und Implementierung von Power-to-X Konzepten"
  • XME-Diesel – „(Bio-)Methylether als alternative Kraftstoffe in bivalenten Diesel-Brennverfahren"
  • VARIMOT – „Variable Systeme zur Effizienzsteigerung bei Ottomotoren mit kleinem Hubvolumen"
  • GreenREx-BETRIEB – „Betriebsstrategie Range Extender Fahrzeug"
  • Anfahrt – „Alternative Nutzfahrzeugantriebe für LKW und BUS „Sauberer energieeffizienter Straßentransport“
  • BREEZE! – „Brennstoffzellen-Range-Extender für Elektrofahrzeuge: Zero Emission!"
  • TEAM – "„Entwicklung von Technologien für energiesparende Antriebe mobiler Arbeitsmaschinen"
  • Europa Hybrid PlugIn – „Entwicklung eines elektrischen Antriebs für ein rückspeisefähiges PlugIn-Hybridfahrzeug mit optimiertem Batteriemanagement und niedrigem Verbrauch"
 
 

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Titel Innovationsnukleus der Wasserstoffökonomie (Umsetzungsphase 1)
Kurzbezeichnung Zukunftscluster Wasserstoff
Förderung Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) – Clusters4Future
Projekt-Nr./Förderkennzeichen
Kurzbeschreibung

Wasserstoff (H2) bietet als kohlenstofffreier Energieträger das unmittelbare Potential zum Aufbau einer CO2-neutralen Energiewirtschaft. Durch die Umwandlung aus und zu erneuerbarem Strom mittels Elektrolyse und Brennstoffzellen bietet Wasserstoff eine nachhaltige Lösung für verschiedenste Anwendungen in der Mobilität, Privathaushalten und der Industrie. Als Energieträger und Speicher lässt Wasserstoff sich direkt zur Sektorkopplung nutzen.

Aus diesen Gründen steht Wasserstoff aktuell im Fokus nationaler und internationaler Nachhaltigkeitsbemühungen. In Deutschland laufen zahlreiche Fördermaßnahmen zur Marktaktivierung. Diese möchte der Zukunftscluster Wasserstoff fortlaufend mit technischen Innovationen speisen. Dazu muss allerdings das „Valley of Death“ überwunden werden, sprich der Bereich mittlerer Technologiereifegrade, die nicht mehr durch Grundlagenforschung gefördert werden, aber für die Serienentwicklung noch nicht ausreichend ausgereift sind.

Diese Herausforderung löst der Zukunftscluster Wasserstoff mittels Vernetzung. So werden technischen Einzelprojekte zu einem Gesamtbild verknüpft und dadurch Multiplikator-Effekte erzielt. Durch die interdisziplinären und anwendungsübergreifenden Arbeiten werden Forschung, Wirtschaft und Gesellschaft zusammengebracht. Dadurch entsteht ein regionaler Innovationsnukleus, der für ganz Deutschland einen Innovationsbeitrag leistet.

Der Zukunftscluster Wasserstoff verfolgt das Ziel der Nutzung und Stärkung von Netzwerken und die Schaffung einer Modellregion zur Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Nutzung von Wasserstoff: „Wasserstofftechnologien made in Germany“ soll weltweit für herausragende, innovative Spitzentechnologien stehen.
Laufzeit 10/2021 - 09/2024

 
 

 
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Titel

Carbon2Chem-2 L-4: C2+-Alkohole, C2+-OIefine, synthetische Kraftstoffkomponenten

Kurzbezeichnung Carbon2Chem
Förderung

Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projekt-Nr./Förderkennzeichen 03EW0008D
Kurzbeschreibung

Unter der Leitung von Thyssen Krupp entwickeln in Carbon2Chem® zahlreiche Industrieunternehmen gemeinsam mit Max-Planck und Fraunhofer-Gesellschaft sowie Universitäten bereits seit 2016 eine weltweit einsetzbare Lösung, um die Abgase der Hochöfen der Stahlproduktion in Vorprodukte für Kraftstoffe, Kunststoffe oder Dünger umzuwandeln. In der zweiten Phase des durch das BMBF geförderten Projekts, welche dieses Jahr begonnen hat, untersucht das VKA den Einfluss der entwickelten Kraftstoffe auf die Effizienz und die Schadstoffemissionen bei deren Anwendung im Verbrennungsmotor.

Laufzeit 01.06.2020 – 31.05.2024

 
 

 
 
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Titel

Methanolstandard – Untersuchung der technischen Grundlagen zur Standardisierung von Methanol-Kraftstoffen in Europa

Kurzbezeichnung

Methanolstandard

Förderung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projekt-Nr./ Förderkennzeichen

19 I 20005H

Kurzbeschreibung

Auf der Pariser Klimakonferenz wurde 2015 eine Reduzierung der CO2-Emissionen um 38 % bis 2030 und um 90 % bis 2050 beschlossen. Aufgrund des benötigten regenerativen Anteils im Primärenergieverbrauch, muss der Verkehrssektor auf weitere Möglichkeiten CO2-neutraler Kraftstoffe zurückgreifen.

Mögliche Optionen für eine regenerative Energiebereitstellung sind Power-to-Gas oder Power-to-Liquid Konzepte. Für mobile Anwendungen sind flüssige Kraftstoffe aufgrund der höheren Energiedichte und einfacheren Speicherung vorteilhafter. Ein vielversprechender Kraftstoff ist Methanol, unter anderem weist die Herstellung von Methanol bereits heute eine hohe technologische Reife auf (TRL 9). Das Potential von Methanol-Kraftstoffen, bereits mittelfristig einen signifikanten Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen zu leisten, ist als hoch zu bewerten.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist, eine Grundlage für eine Standardisierung von geeigneten Methanol-Kraftstoffen innerhalb Europas zu schaffen, wobei Deutschland hier mit Modellcharakter vorangehen soll und der Standard dann auf ganz Europa ausgerollt werden kann. Damit soll der Weg zur Zertifizierung und Markteinführung von Methanol-Kraftstoffen geebnet werden.

Dazu werden die Methanol-Produktion über regenerative Pfade, die Handhabung und die Methanol-Infrastruktur analysiert und Optimierungspotentiale werden herausgestellt. Außerdem wird die Interaktion von Methanol mit bestehenden Fahrzeugkomponenten, das Alterungsverhalten sowie der Einfluss von Additiven auf die Materialverträglichkeit und das Alterungsverhalten untersucht. Des Weiteren wird die Verwendung in Ottomotoren als Drop-In Kraftstoff (M15) und in maßgeschneiderten Motoren (M100) untersucht.

Der Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen University (VKA) führt hierbei experimentelle Untersuchungen zum Kaltstartverhalten, zum Wirkungsgradpotential und zum Einfluss von Additiven auf die Verbrennung und die Emissionen durch.

Laufzeit 08/2020 – 07/2022

 
 

 
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Titel Holistische Bewertung des elektrischen Fliegens
Kurzbezeichnung GNOSIS
Förderung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) – Luftfahrtforschungsprogramm
Projekt-Nr./ Förderkennzeichen 20E1916A
Kurzbeschreibung

Das im Rahmen der Luftfahrtforschungsprogramms des BMWi geförderte Verbundprojekt beschäftigt sich mit seinen 13 Partnern mit der (Teil-) Elektrifizierung der Luftfahrt. Dabei wird eine erweiterte Verwendung elektrischer Komponenten als Möglichkeit gesehen, die Betriebskosten sowie ökologische Belastungen in Form von Treibhausgas-, Stickoxid- sowie und Lärmemissionen zu reduzieren. Dies gilt für eine zukünftige Elektrifizierung der heutigen Flugzeugmuster, eröffnet jedoch außerdem neue Mobilitätsoptionen, zum Beispiel durch den Betrieb von neuartigen urbanen und regionalen Lufttaxis.

Der aktuelle Stand von Forschung und Technik macht deutlich, dass eine Elektrifizierung der Luftfahrt nicht per se zielführend ist. Vielmehr muss ihre Berechtigung individuell für verschiedene Systemarchitekturen und Flugzeugkonfigurationen über die verschiedenen Flugzeugklassen hinweg nachgewiesen werden. Dennoch arbeitet GNOSIS unter der Hypothese, dass durch die Einführung bzw. Anwendung neuer Technologien, insbesondere der (Teil-) Elektrifizierung, neue Optima zugänglich gemacht werden können, die gegenüber dem lokalen Optimum der klassischen Systemarchitektur und Betriebsprozesse gesamtheitlich bestehen können.

Eine holistische Analyse des Potentials des elektrischen Fliegens wurde bislang in keinem Vorhaben erarbeitet. Genau an diesem Punkt setzt das Projekt GNOSIS an. Im Anschluss an eine strukturierte Technologieauswahl erfolgt eine umfassende Bewertung sowohl auf Flugzeugvehikel- als auch auf Lufttransportsystem-Ebene. Die Bewertung erfolgt zu zwei Bewertungshorizonten (2025 und 2050) zunächst für Flugzeuge mit 19 Sitzplätzen und im weiteren Verlauf auch für Flugzeuge mit 9 bzw. 50 Sitzplätzen und wird in eine Lebenszyklusanalyse eingebunden.

Laufzeit 05/2020 - 06/2022
 
 

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Titel Verbundprojekt: MethCar - Methan Motoren für Pkw
Teilvorhaben: Injektorrobustheit und Abgaskatalyse in Abhängigkeit der Kraftstoffzusammensetzung
Kurzbezeichnung MethCar
Förderung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projekt-Nr./ Förderkennzeichen 19/18010 G
Kurzbeschreibung

Das Projekt MethCar ist eins von sechs Verbundvorhaben unter dem Leitprojekt MethQuest in dem Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft Technologien entwickeln und untersuchen, durch welche methanbasierte Kraftstoffe aus erneuerbaren Quellen gewonnen und in mobilen und stationären Anwendungen genutzt werden können.

Methan aus Power-to-Gas-Prozessen weist dabei zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Power-to-X-Optionen auf: Die Herstellungsprozesse sind weniger komplex und zeigen deutlich höhere Wirkungsgrade. Das wirkt sich positiv auf die Produktionskosten aus. Ein weiterer Vorteil ist das problemlose, sukzessive Ersetzen von fossilem Erdgas durch komprimiertes bzw. verflüssigtes Methan aus erneuerbaren Energien (EE-Methan).

Die Aufgabe des Verbundvorhabens MethCar ist es ein neuartiges Pkw-Gasmotorkonzept unter Verwendung von EE-C-Methan zu entwickeln. Die besonderen Eigenschaften von komprimiertem EE- Methan versprechen in einem spezifisch angepassten Pkw-Motor besonders hohe Effizienz.

Der Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen der RWTH Aachen University (VKA) führt im Rahmen des Verbundes MethCar wissenschaftliche, experimentelle Untersuchungen an Versuchsmotoren unter Verwendung von EE-C-Methan mit unterschiedlicher Kraftstoffzusammensetzung (H2, Schwefel, Kompressoröl) durch. Die Schwerpunkte liegen in der Bewertung der Haltbarkeit von Systemen zur Direkteinblasung sowie der Funktionalität von Katalysatoren.

Laufzeit 09/2018 - 08/2021

 
 

 
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Titel Closed Carbon Cycle – Mobility: Klimaneutrale Kraftstoffe für den Verkehr der Zukunft
Kurzbezeichnung C³ - Mobility
Förderung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projekt-Nr./ Förderkennzeichen

19I18006P

Kurzbeschreibung

Das Verbundprojekt will neue Wege in die CO2-neutrale Mobilität der Zukunft erarbeiten und demonstrieren. Es bezieht sich auf die Förderbekanntmachung „Energiewende im Verkehr: Sektorkopplung durch die Nutzung strombasierter Kraftstoffe“ des BMWi vom Frühjahr 2017. Dazu hat sich ein umfassendes Konsortium von 28 Partnern aus allen in der Bekanntmachung thematisierten Bereichen gebildet, um die beschriebene Problematik in seiner Gesamtheit angemessen bearbeiten zu können.

Den effektivsten Weg für Transport, Lagerung und Einsatz großer Energiemengen im Verkehr ermöglichen flüssige Energieträger. Am sinnvollsten erscheint zukünftig die Nutzung von regenerativ erzeugtem Kraftstoff auf der Basis von Methanol. Neben dessen direkter Nutzung als Kraftstoff soll auch seine (lokale) Weiterverarbeitung untersucht werden. Weiterhin sollen Ansätze dargestellt werden, schon heute durch Beimischung strombasierter Kraftstoffe (Drop-In Fuel) die Flottenemissionen zu senken. Dazu soll MtG (Methanol-to-Gasoline) in einer Demonstrations-Anlage produziert und seine Nutzung im Ottomotor dargestellt werden. Im Dieselmotor steht 1-Oktanol als Drop-In Fuel zur Verfügung. Für zukünftige Anwendungen werden weiterhin 2-Butanol als Drop-In Fuel, Oktan-Booster und als Reinkraftstoff für Ottomotoren sowie OME/DME unter der Berücksichtigung der Vielstofffähigkeit für Dieselmotoren betrachtet.

Die Fahrzeugtauglichkeit der neuen Kraftstoffe soll unter realen Fahrbedingungen validiert werden; ihr Wirkungsgrad und ihre Umweltverträglichkeit sollen in den Herstellungs- und Verbrauchsketten sowie in Vertrieb und Markteinführung gesamtheitlich bewertet werden.
Laufzeit 08/2018 - 07/2021

 
 

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Titel

Leichtbau-Motor: Gewichtsreduzierung eines Verbrennungsmotors durch gezielte Strukturoptimierung und Verwendung von Hybrid Metall- und Kunststoff-Komponenten

Kurzbezeichnung

LeiMot

Förderung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Projekt-Nr./ Förderkennzeichen

19I18002A

Kurzbeschreibung

Ziel des Verbundprojektes „LeiMot“ ist die Entwicklung eines Verbrennungsmotors mit einer Verringerung des Gesamtmotorgewichts bei verbessertem Betriebswirkungsgrad, Betriebsverhalten, Thermomanagement und reduzierter Geräuschentwicklung.

Neue Konstruktions-, Auslegungs- und Herstellungsverfahren werden in Zukunft stärker auf den Produktentwicklungsprozess Einfluss nehmen. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist es, den Verbrennungsmotor auf zukünftige Herstellungsverfahren zu untersuchen und neue Potentiale zu nutzen. Die heutigen, konventionellen Herstellverfahren (z.B. Gießen) lassen mittelfristig kaum größere Entwicklungsschritte erwarten.

Der Ansatz des Vorhabens ist, frei von Herstellungsrestriktionen wie Gusskernen oder Entformungen, die einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung von z.B. Kurbelgehäuse und Zylinderkopf von Verbrennungsmotoren haben, konstruieren und entwickeln zu können. Zur Erreichung dieses Ziels wird das sogenannte selektive Laserstrahlschmelzen (SLM) bzw. Laser Powderbed Fusion (LPBF) für metallische Motorkomponenten, neben hochbelastbaren Kunststoff-Komponenten aus Faserverbundwerkstoff (FVK), eingesetzt.

Ziel ist es, durch den intelligenten Einsatz von neuer Gestaltung und Auslegung den Verbrennungsmotor für zukünftige Entwicklungen auf ein neues Ausgangsniveau zu heben.

Laufzeit

07/2018 – 06/2021