Universität Duisburg-Essen (UDE): Energiespeicher der Zukunft entwickeln

SPP-Einzelprojekte zu Carnot-Batterien bewilligt

Nachhaltige Quellen liefern Energie, wenn die natürlichen Voraussetzungen stimmen – zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung, Gezeiten oder Wind. Nicht immer stimmen Angebot und Bedarf überein, doch noch fehlen effiziente Technologien, um Energie in der Größenordnung von Gigawattstunden zu speichern. Carnot-Batterien bieten eine mögliche Lösung. Im April 2022 wurde ein entsprechendes Schwerpunktprogramm eingerichtet, koordiniert von der Universität Duisburg-Essen (UDE). Kürzlich hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) 17 Einzelprojekte mit einer Gesamtfördersumme von rund 6,5 Mio. Euro bewilligt.

Im Schwerpunktprogramm 2403 Carnot-Batterien: Inverser Entwurf vom Markt bis zum Molekül“ nähern sich Wissenschaftler der optimalen Batterie von ungewöhnlicher Seite: Bei der „Top-down-Methodik“ gilt das Ziel, zu entwickeln, was benötigt wird – und nicht, was mit derzeitigen Mitteln als umsetzbar angesehen wird. „Die Wirtschaftswissenschaften liefern die benötigten Zielvorgaben für künftige Energiemärkte, auf denen wir anschließend die naturwissenschaftlich-technische Forschung aufbauen“, erläutert Prof. Dr. Burak Atakan das Konzept. Der Leiter des Fachgebiets „Thermodynamik“ am UDE-Institut für Energie- und Material-Prozesse ist Koordinator des SPP 2403.

Von den 17 Einzelprojekten an 15 Standorten* sind zwei an der UDE angesiedelt:
Die Arbeitsgruppe von Atakan widmet sich dem Arbeitsfluid der Batterien, das hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen wird. Welche Gemische darüber hinaus in welcher Zusammensetzung benötigt werden, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen, will das Team in den kommenden Jahren herausfinden. „Wir untersuchen sehr viele Parameter: Temperatur, Druck oder Gemischzusammensetzung sind nur einige davon – das ist nicht nur in unserem Teilprojekt eine große Herausforderung“, so Atakan.

Das Fachgebiet der zweiten beteiligten UDE-Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dieter Brillert sind Strömungsmaschinen, in diesem Fall Turbinen, Verdichter und Pumpen. Sie alle kommen grundsätzlich für den Einsatz in Carnot-Batterien in Frage und werden an gleich zwei entscheidenden Stellen benötigt: um die Energie einzuspeichern, aber auch beim umgekehrten Prozess, der elektrischen Strom liefert. „Auch die Strömungsmaschine als Treiber und Getriebene des Systems bedarf eines Top-Down Ansatzes, da das optimale System im Markt die Anforderungen an die Maschine definiert“, erklärt Brillert. Diese inverse Verbindung herzustellen, ist das Ziel seines Teams aus dem Maschinenbau.

In Bezug auf das Potenzial des SPP sind sich Atakan und Brillert einig: „Sollte sich in den kommenden Jahren herausstellen, dass Carnot-Batterien wirklich die Möglichkeiten bieten, die wir uns erhoffen, so wäre nicht nur dieses Ergebnis ein Meilenstein. Die Top-down-Methode könnte zudem fachbereichsübergreifend zu neuen Erkenntnissen führen.“

Die Projekte des SPP werden in der ersten von zwei Förderperioden für zunächst drei Jahre gefördert.

*) Neben der UDE sind Arbeitsgruppen der folgenden Universitäten beteiligt: Aachen, Bayreuth, Berlin, Bochum, Braunschweig, Darmstadt, Dresden, Dortmund, Hannover, Ilmenau, Karlsruhe, Stuttgart, Wuppertal sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt Stuttgart.

 
Universität Duisburg-Essen (UDE)
Die Universität Duisburg-Essen wurde am 1. Januar 2003 durch die Fusion der Gerhard-Mercator-Universität Duisburg und der Universität-Gesamthochschule Essen (beide 1972) gegründet. Sie gehört mit rund 40.000 Studenten aus 130 Nationen zu den – nach Studentenzahlen – zehn größten deutschen Universitäten. Sie verfügt über ein breites, international ausgerichtetes Fächerspektrum. Sie ist ein Zentrum der nanowissenschaftlichen und biomedizinischen Forschung sowie der Lehrerausbildung in NRW und bietet mehr als 240 Bachelor- und Masterstudiengänge an. Nach dem Times Higher Education (THE) Ranking belegt die Universität Duisburg-Essen unter den Hochschulen 2020 den 194. Platz weltweit.
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Foto: Burak Atakan / UDE

 

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