Energietechnologien optimieren und entwickeln

Die Bereitstellung einer nachhaltigen, d.h. effizienten, ressourcenschonenden, umweltverträglichen und sicheren Energieversorgung stellt eine der maßgeblichen und aufgrund der globalen Entwicklungen in ihrer Bedeutung stetig zunehmenden gesellschaftlichen Aufgaben der Zukunft dar. Sie erfordert das Zusammenwirken verschiedenster Akteure und Kompetenzen. Für die Energieforschung bedeutet dies vor allem, dass Kooperationen in größeren Zusammenhängen zur Erarbeitung wissenschaftlich-technischer Lösungen immer mehr an Bedeutung gewinnen.

In JARA-ENERGY sind derzeit fast 50 Mitglieder mittels komplementärer Nutzung ihrer Expertise und Forschungsinfrastruktur auf tätig. Ziel ist es, Energietechnologien und -systemlösungen sowohl entlang und System- und Wertschöpfungsketten als auch in übergreifenden Querschnittsfragestellungen und von den Grundlagen bis zur fertigen Anwendung zu erforschen, zu optimieren oder neu zu entwickeln.

Die Arbeitsgebiete von JARA-ENERGY sind Energietechnologien, in denen gemeinsame Forschungsinteressen vorhanden sind und in denen durch die Kooperation ein wissenschaftlicher, wirtschaftlicher und forschungsstruktureller Mehrwert erzeugt wird.

Die Forschungsaktivitäten von JARA-ENERGY orientieren sich entlang der Energie-Wertschöpfungskette und gliedern sich in 7 Handlungsfelder, davon 2 Querschnittsthemen. Innerhalb dieser Handlungsfelder und auch über deren Grenzen hinaus arbeiten JARA-ENERGY-Forscher fach- und disziplinenübergreifend an gemeinsamen Lösungen für die Energieversorgung von morgen.

JARA-ENERGY Seed Funds Call

Im Rahmen der sektionsinternen Forschungsförderung werden Projekte durch Seed Funds finanziell unterstützt.

Im Zuge der Exzellenzinitiative Phase I wurden bereits Projekte gefördert.

In der Phase II der Exzellenzinitiative wird das erfolgreiche Modell der Seed Fund-Projekte fortgesetzt.

Die Details des Aufrufs finden Sie nach dem Link.

 

 

Vollkeramische Turbinenschaufel

In dem Vorhaben sollen die Perspektiven für die gezielte Entwicklung einer vollkeramischen Turbinenschaufel für eine Anwendung oberhalb 1400oC ermittelt werden. Damit wäre eine höhere Turbineneintrittstemperatur erreichbar, die zusammen mit einer deutlichen Reduzierung des Kühlluftbedarfs einen weiteren signifikanten Anstieg des Wirkungsgrades einer Gasturbine ermöglicht.

Das untersuchte Verbundwerkstoffkonzept besteht aus einer dreidimensionalen textilen Verstärkungsstruktur aus keramischen Fasern und einer Keramikmatrix.

 

 

Reduktion des Reibungswiderstands externer Strömungen

Seit dem Beginn des Jetzeitalters war die Reduktion des Treibstoffverbrauchs immer ein zentrales Ziel des Flugzeugbaus. Ein Verkehrsflugzeug für Mittel- und Langstrecken verbringt heute etwa 98% seiner Betriebszeit im Reiseflug, bei dem Machzahlen von bis zu 0,85 erreicht werden. Der Treibstoffverbrauch eines Verkehrsflugzeugs kann also abgesehen von effizienteren Triebwerken in erster Linie durch eine weiter verbesserte Aerodynamik im transsonischen Reiseflug sowie den Einsatz neuer Materialien für eine weitere Reduktion des Strukturgewichts gesenkt werden. Die aerodynamische Leistungsfähigkeit eines Luftfahrzeugs wird allerdings grundlegend durch den Zustand der Grenzschicht bestimmt. Der Reibungswiderstand zukünftiger Verkehrsflugzeuge ließe sich daher noch einmal umfassend verringern, wenn es möglich wäre, turbulente Grenzschichten bei hohen Flug-Reynoldszahlen mit geringem Energieaufwand zu beeinflussen.

Eigenschaften keramischer Membranmaterialien zur CO2-Abtrennung

Ein vielversprechender Ansatz für die technische CO2-Abtrennung bei Kraftwerken ist der Einsatz von Membranen. Beim Oxyfuel Prozess beispielsweise wird mit Mischionen leitenden Perowskiten die Sauerstoffkonzentration in der Verbrennungsluft erhöht. Die Untersuchung der Langzeitstabilität und der Degradationsmechanismen der Membranen spielt für den Anwendungsfall eine zentrale Rolle.

Das hier vorgestellte Projekt hat zum Ziel, ein grundlegendes Verständnis für die in Experimenten bereits beobachteten Phänomene zu erreichen und zu einer Modellvorstellung zu gelangen. Thermochemische- und thermomechanische Eigenschaften sollen hier mithilfe von ab initio Berechnungen bestimmt werden.

 

Untersuchungen zur Stabilität von gemischtleitenden Funktionsmaterialien für Membrananwendungen in der ... 

Funktionsmaterialien für Technologien im Energie- und Kraftwerksbereich, wie z.B. Brennstoffzellen oder keramische Membranen für die Abtrennung von Sauerstoff aus Luft, sind im Betrieb einem chemischen Gradienten unterworfen, der als treibende Kraft für den Transport einer Komponente aus der Gasphase (z.B. Sauerstoff oder Wasserstoff) dient.

So wird bei Gasseparationsmembranen das Membranmaterial auf der Retentat- und Permeatseite jeweils strömenden Gasen zum An- und Abtransport der zu trennenden Gaskomponente ausgesetzt.

Unabdingbare Voraussetzung für den langfristigen Einsatz dieser Technologien ist die chemische Stabilität der Materialien unter Prozessbedingungen. Insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen wie der oxidkeramischen Brennstoffzelle (SOFC) und der dichten keramischen Sauerstofftrennmembran, stellt die Korrosion der eingesetzten oxidkeramischen Materialien ein großes Problem dar. Dabei sind verschiedene Mechanismen denkbar:

Theoretische Grundlagenuntersuchungen für dynamische Flugtriebwerke

Für den Luftverkehr wird bis zum Jahr 2020 eine Verdoppelung der Passagierkilometer erwartet. Gleichzeitig wird angestrebt, die CO2-Emissionen um 50% und den Treibstoffverbrauch der Triebwerke um 20% zu senken. Dadurch ergibt sich ein großer Innovationsbedarf. In dem Projekt „Theoretische Grundlagenuntersuchungen für dynamische Flugtriebwerke„ sollen Grundlagen erforscht werden, um Flugtriebwerke und ihre Herstellung effizienter, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu machen.

Energylandscape

Im Kooperationsprojekt zwischen RWTH Aachen und Forschungszentrum Jülich, der Jülich Aachen Research Alliance, wurde durch Mitarbeiter/Innen des E.ON Energy Research Centers eine umfassende Übersicht der Forschungskompetenzen von Instituten dieser beiden Einrichtungen für den Bereich der Energieforschung erarbeitet.

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Die JARA Sektion HPC vergibt Stelle als PostDoc – Scientific Visualization of Large-Scale Simulation Data
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