Ein zentrales Anliegen von Caden ist die sogenannte Provenienzverfolgung von Proben und Daten. Die zentrale Anforderung besteht darin, Datenentitäten (d.h. sowohl Daten als auch Metadaten) und Parameter von Aktivitäten (z.B. Temperaturen, Drücke, Simulationsparameter) strukturiert und nachvollziehbar zu speichern. Darüber hinaus müssen Entitätsverknüpfungen erstellt werden, um eine Graphentopologie zu beschreiben. Der Graph kann sehr komplex und nichtlinear sein (d.h. Verzweigungen und Bifurkationen enthalten) mit einer großen Anzahl von Prozessschritten. Eine weitere Herausforderung für Caden ist die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Institutionen. Es ist durchaus üblich, dass Institutionen ihre eigenen individuellen Repositories und Metadatenschemata haben, die sich oft kaum mit denen anderer Institutionen überschneiden. Die Konsolidierung von Prozessschritten (d.h. die Fragmente der Workflow-Graphen) über institutionelle Grenzen hinweg ist oft schwierig, und bis jetzt gibt es keine Möglichkeit, diesen Schritt zu automatisieren (z.B. über eine maschinenverarbeitbare Verknüpfung). Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, ist die Nutzung einer einheitlichen Forschungsdateninfrastruktur, wie Kadi4Mat oder eLabFTW.

Im IEK-1 sollen die beiden elektronischen Laborbücher (ELN) eLabFTW und Kadi4Mat als Teil eines strukturierten Forschungsdatenmanagements eingeführt werden. Damit diese beiden ELNs von den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern effektiv genutzt werden können und die notwendige Akzeptanz für ihren Einsatz finden, müssen die Nutzerinnen und Nutzer einen deutlichen Vorteil und eine Arbeitserleichterung gegenüber den bisher verwendeten Papierlaborbüchern erkennen können. Dieses kann erreicht werden, wenn Prozesse durch die Verwendung von Vorlagen und durch die automatisierte Datenerfassung von angeschlossenen Geräten über Schnittstellen (API) vereinfacht werden. Daher werden in diesem Projekt Templates und API's für die vielen verschiedenen Geräte im IEK-1 geschrieben bzw. programmiert.

Die Energiewende ist eines der wichtigsten Zukunftsprojekte unserer Zeit, bei dem die Erzeugung und Nutzung erneuerbarer und nachhaltiger Energie eine wichtige Triebkraft für eine dekarbonisierte Wirtschaft ist. In diesem Zusammenhang spielt Wasserstoff - und insbesondere der so genannte "grüne" Wasserstoff aus erneuerbaren Energien - eine entscheidende Rolle als "game changer" im gesamten Energiesystem. Das Innovationspool-Projekt "Solarer Wasserstoff: hochrein und komprimiert" zielt darauf ab, sowohl den wissenschaftlichen Kenntnisstand als auch die technologische Reife verschiedener lebensfähiger Technologien für die Umwandlung von Solarenergie in Wasserstoff (H2) zu verbessern. Im Rahmen dieses Projekt soll am IEK-1 eine protonenleitende Elektrolysezelle entwickelt werden, um Wasserstoff hochrein und wasserfrei zu erhalten. Die dafür notwendige Energie kommt aus solaren Quellen.

https://energy.helmholtz.de/forschungshighlights/solarer-wasserstoff-hochrein-und-komprimiert/

Das Verbundvorhaben ReNaRe ist Teil der Technologieplattform H2Giga. Im Vorhaben werden die Möglichkeiten des Recyclings von Festoxid-Elektrolyseur-Stacks untersucht. Im Vordergrund stehen sowohl Wiedernutzung, Aufarbeitung oder Recycling von Komponenten. Je nach Stackkonzept und/oder Verwertungskonzept können Materialien oder Komponenten direkt wieder verwendet werden oder müssen aufwändig aufbereitet werden. Schwerpunkt des IEK-1 ist die Wieder-Nutzung der keramischen Komponenten der Zelle entweder erneut in SOCs oder in alternativen Anwendungen.

https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/leitprojekte/h2giga

Im Verbundvorhaben ElChFest arbeiten wir zusammen mit unseren Partnern in Karsruhe an der Entwicklung einer Festoxidelektrolysezelle (SOEC) auf Basis von dotiertem Cerioxid, sowie an der Optimierung der Zelle und deren Betriebsweise. Hierzu werden detaillierte materialwissenschaftliche, mikrostrukturelle und elektrochemische Untersuchungen durchgeführt, mit deren Hilfe die mechanische Spannung in der Zelle als Funktion der Betriebsparameter ermittelt werden kann.

11/2022 – 10/2025

IEK-2, VITO, Marion Technologies S.A., Coatema GmbH, TU Eindhoven, QSAR Lab,

Fundacion IMDEA Energia, CNRS, Fiaxell Sarl

EU Kommission (Horizon Europe)

Dr. Christian Lenser

Das von der europäischen Kommission geförderte NOUVEAU-Projekt befasst sich durch das Mitwirken verschiedenster Institutionen aus Industrie und (außer-)universitären Forschungseinrichtungen auf intereuropäischer Ebene mit einer nachhaltigeren Gestaltung von Festoxidzellen (Solid Oxide Cells, SOCs). Ziel ist es, durch die Anwendung moderner Beschichtungstechnologien und Modellierung sowie nachhaltigerem Design und Recyclingstrategien neue Zellen und Stacks mit deutlicher Einsparung in der Nutzung von seltenen Erden, Edelmetallen und Chrom entwickeln zu können. Seitens des Forschungszentrums Jülich steht die Ersetzung bisherig verwendeter hoch-chromhaltiger Edelstähle für den Einsatz als Interkonnektoren im Vordergrund, wobei die Verwendung kostengünstiger konventioneller Stähle mit reduziertem Chromanteil durch den Einsatz einer geeigneten Beschichtung ermöglicht werden soll. Die Charakterisierung der entstehenden Verbunde sowie die Untersuchung ihrer Resistenz gegenüber Korrosion und Chromabdampfung erfolgt in enger Zusammenarbeit von IEK-1 und IEK-2.

Das Projekt Maschinelles Lernen für Festoxidzellen (Machine learing for solid oxide cells) beschäftigt sich mit der Anwendung von maschinellem Lernen auf das Verfahren des Foliengießens, welches eines der Hauptherstellungsverfahren für Festoxid-Brennstoff- und Elektrolysezellen ist. Aber auch Gastrennmembranen und Festkörperbatterien werden z.T. mit diesem Prozess hergestellt. Mittels des Foliengießens können keramische oder metallische Schlicker, bestehend aus den jeweiligen Pulvern, organischen oder wässrigen Lösungsmitteln und organischen stabilisierenden Zusatzstoffen, zweidimensional ausgedehnte dünne Schichten gegossen werden. Schichtdicken variieren von wenigen Mikrometern bis ca. 2mm und die Mikrostrukturen reichen nach dem Sintern von dicht bis porös. Durch das ML4SOC Projekt sollen erstmals die Methodiken des ML im keramischen Folienguss angewendet werden. In einer Kooperation mit der U Picardie in Frankreich, welche sich gemeinsam mit dem IEK-1 um das ML kümmert, der Prototypbau-Firma KMS Technology Center aus Dresden, welche Foliengießbänke entwickelt und aufbaut, wird das Vorhaben bearbeitet. Im IEK-1 wird das Foliengießen seit 25 Jahren als keramotechnische Methode eingesetzt und in diesem Projekt soll mittels ML eine Verbesserung des bis heute durch Versuch-und-Irrtum funktionierenden Foliengießens erfolgen. Als Bauteil wurde das Substrat einer brenngaselektrodengeträgerten Festoxidzelle ausgewählt.

Als einer der Hauptverursacher der weltweiten CO₂-Emissionen sollte die chemische Grundstoffindustrie dringend mit erneuerbarem Strom gekoppelt werden, um von fossilen Brennstoffen unabhängig zu werden. Als EIC-Pathfinder-Projekt zielt ECOLEFINS darauf ab, ein neues, rein elektrisches Paradigma für die elektrische Umwandlung von CO₂ und H₂O in leichte Olefine zu schaffen - die wichtigsten Zwischenprodukte für Polymere und andere chemische Produkte des täglichen Lebens. Im Rahmen des Projekts werden keramische elektrochemische Geräte eingeführt und gleichzeitig modernste Nanotechnologie und Technik für die Entwicklung effizienter Elektroden und Kurzstapel eingesetzt, um die künstliche Photosynthese von CO₂ mit erneuerbaren Energien in wertvolle Chemikalien zu ermöglichen.

https://cordis.europa.eu/project/id/101099717

Hier ist die offizielle Website des ECOLEFINS-Projekts http://ecolefinsproject.eu/

Elektrolyse-Technologien leiden unter Einschränkungen in Bezug auf Kosten, Effizienz, Stabilität, Skalierbarkeit und Reziklierbarkeit. Dies ist vor allem auf das mangelnde Verständnis und die fehlende Identifizierung der Degradationsmechanismen von Elektrolyseuren zurückzuführen. ELECTROLIFE zielt darauf ab, die Effizienz von Elektrolyseuren zu erhöhen und die Lebensdauer dieser Systeme zu verlängern. Dieses große Ziel wird durch umfangreiche Testkampagnen in Kombination mit Multiphysik-Simulationen von superimposed Degradationsmechanismen, Prototyping von Zellen und Stack-Komponenten sowie den Bau spezieller Teststände erreicht. Zusätzlich zu standardisierten Testprotokollen werden Diagnose- und Stack-Zustandsmodelle entwickelt, um die Degradationsrate zu reduzieren und die Implementierung von vorausschauenden Kontrollsystemen zu ermöglichen. ELECTROLIFE wird den Einsatz von langlebigen Stacks demonstrieren und die Nutzung grüner Wasserstofftechnologien zur Unterstützung der Dekarbonisierung der europäischen Industrie weltweit fördern.

https://cordis.europa.eu/project/id/101137802

In der EU entfallen jeweils etwa ein Drittel aller CO₂-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe auf den Verkehr und die Stromerzeugung, während sich die derzeitigen Dekarbonisierungsmaßnahmen hauptsächlich auf zwei Alternativen konzentrieren: Elektrifizierung und Brennstoffwechsel. Diese sind jedoch für Sektoren wie Transport oder die dezentrale Energieerzeugung nicht geeignet, u. a. aufgrund von Nutzlast, Autonomie und/oder Anforderungen an die Brennstoffversorgung. Tatsächlich sind diese Sektoren für 94 % ihres Energiebedarfs immer noch auf fossile Brennstoffe angewiesen, was eine der größten Herausforderungen bei der Erfüllung der Ziele des Pariser Klimaschutzabkommens darstellt. Diese Sektoren benötigen ein System, das es ermöglicht, die Vorteile der Verwendung flüssiger Brennstoffe zu nutzen, wie hohe Energiedichte, schnelle Betankung und einfacher Transport, aber unter Umgehung der Effizienzbeschränkungen und Eliminierung von CO₂-Emissionen. Zusätzlich muss kurz- bis mittelfristig eine wirksame Lösung gefunden werden, um der alarmierenden Zunahme der Treibhausgasemissionen und dem Anstieg der globalen Temperatur entgegenzuwirken. Daher ist es von entscheidender Bedeutung nicht auf den Bau neuer Infrastruktur angewiesen zu sein, sondern die bestehende für den Transport, die Lagerung und die Versorgung mit flüssigen Brennstoffen nutzen zu können. Das Hauptziel von ALL-IN Zero ist die Entwicklung eines Multi-Brennstoff-Systems zur Erzeugung elektrischer und mechanischer Leistung mit null Emissionen. Dieses System wird kohlenstoffarme, kohlenstofffreie oder kohlenstoffnegative Brennstoffe wie Ammoniak, Erdgas, Biogas oder Alkohole in einen Kompaktmembranreaktor einspeisen, der einen gemeinsamen temporären Energievektor erzeugt, der an Ort und Stelle von Stromerzeugungssystemen wie internen Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen verbraucht werden kann. ALL-IN Zero wird die Dekarbonisierung früher als andere Technologien beschleunigen, indem vorhandene Produktions- und Lieferketten, SoA-Technologien sowie vor- und nachgelagerte Verfahren für mobile und stationäre Lösungen genutzt werden.

https://allinzero.eu