• ESCALATE - "Die Net-Zero-Zukunft der Europäischen Union durch den Ausbau von emissionsfreien HDVs und logistischer Intelligenz vorantreiben"

• VERSAPRINT - "Vielseitige gedruckte Lösungen für ein sicheres und leistungsstarkes Batteriesystem"

• CoacHyfied - "Reisebusse mit Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antrieb für den Personennah- und -fernverkehr mit energieoptimierten Antrieben und kostenoptimiertem Design"

• Take-Off - "Nachhaltiger Flugkraftstoff aus CO₂"

Abgeschlossene Projekte:

• LONGRUN - "Entwicklung eines effizienten und umweltfreundlichen LONG distance poweRtrain für schwere Lkw und Reisebusse"
• CEVOLVER - "Vernetztes, elektrisches Fahrzeug optimiert für Lebensdauer, Preis, Effizienz und Reichweite"
• REDIFUEL - "Robuste und effiziente Prozesse und Technologien für erneuerbare Drop-In Kraftstoffe für den Straßenverkehr"
• ALIGN-CCUS - "Forschungsanlage zur Herstellung rußfreier Dieselersatzstoffe"
• EAGLE - "Efficient Additivated Gasoline Lean Engine"
• PaREGEn - "Particle Reduced, Efficient Gasoline Engines"
• IMPERIUM - "IMplementation of Powertrain Control for Economic and Clean Real driving emIssion and fuel ConsUMption"
• POWERFUL - "POWERtrain for FUture Light-duty vehicles" (abgeschlossen 2014)
• BEAUTY – "Bio-Ethanol engine for Advanced Urban Transport by Light Commercial Vehicle & Heavy Duty" (abgeschlossen 2010)

Die Net-Zero-Zukunft der Europäischen Union durch den Ausbau von emissionsfreien HDVs und logistischer Intelligenz vorantreiben

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Das ESCALATE-Projekt zielt darauf ab, die Integration von emissionsfreien Fahrzeugen in Flotten zu fördern, um den CO₂-Ausstoß zu reduzieren und den Zielen des Pariser Klimaabkommens und des Green Deal gerecht zu werden. Das Projekt plant die Entwicklung und Demonstration von hocheffizienten Antriebssträngen für schwere Nutzfahrzeuge für den Fernverkehr. Diese Fahrzeuge sollen in der Lage sein, 800 km ohne Nachladen oder Nachfüllen zu fahren und mindestens 500 km pro Tag im Durchschnitt in realen Bedingungen abzudecken.

ESCALATE konzentriert sich auf drei Hauptinnovationsbereiche: standardisierte, kosteneffiziente modulare und skalierbare Multi-Powertrain-Komponenten; schnelle Tank- und netzfreundliche Ladelösungen; und digitale Zwillinge (DT) & KI-basierte Managementtools. Diese Innovationen sollen dabei helfen, die Kapazität, Verfügbarkeit, Geschwindigkeit und Natur der Ladeinfrastrukturen sowie der Flottenstrukturen zu berücksichtigen.

Innerhalb des ESCALATE-Projekts ist das TME an den folgenden Aufgaben beteiligt:

Batterieentwicklung:

• Definition der High-Level Performanceanforderungen an das batterieelektrische Speichersystem
• Implementierung einer systematischen Batteriekonzeptmethode unter Verwendung virtueller Batteriekomponenten, die eine effiziente Berücksichtigung verschiedener Layoutkonzepte ermöglicht
• Frühzeitige systematische Bewertung der generierten Basiskonzepte nach mehreren Kriterien wie Packungsdichte, Leistung, Kühlung, zu erwartende LCA-Bewertung
• Entwicklung und Auslegung eines modularen Systementwurfs nach Konzeptauswahl gemäß den entwickelten Bewertungsmethoden

Funktionale Sicherheit:

• Entwicklung eines Tools für Design und Bewertung der funktionalen Sicherheitskonzepte für modulare Antriebsstränge

Thermalsysteme und Energiemanagement:

• Entwicklung und Anwendung intelligenter Systemkonditionierung für das Laden (vor, während und nach dem Laden), einschließlich einer skalierbaren, modularen prädiktiven thermischen Steuerungsstrategie für den Antriebsstrang und die Fahrzeugkabine
• Entwicklung einer Systemtopologie zur Nutzung von Abwärme, einschließlich Effizienzanforderungen
• Anwendung einer energieeffizienten Kabinenklimatisierung, die eine Hotel-Funktion berücksichtigt, bezüglich der Optimierung von Nebenlasten und Komforteinfluss

01/2023 – 06/2026

Vielseitige gedruckte Lösungen für ein sicheres und leistungsstarkes Batteriesystem

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Um den Übergang zu einem klimaneutralen Verkehrssektor zu fördern, wird VERSAPRINT Innovationen in das Batteriesystem einbringen, wodurch Sicherheitsprobleme gelöst, die Leistung verbessert sowie Kosten und Umweltauswirkungen verringert werden. Die technischen Lösungen von VERSAPRINT werden hauptsächlich durch 2D/3D-Druck direkt auf die Batteriekomponenten realisiert und wirken im Herzen des Batteriesystems: (i) effizientes Thermomanagement der Zellen, um das Risiko des thermischen Durchgehens (engl.: thermal runaway, TR) zu verringern und die Energiedichte und Lebensdauer zu erhöhen; (ii) deutliche Verbesserung des Wärme- und Sicherheitsmanagements des Systems dank In-Operando-Sensorik; (iii) Hinzufügen thermischer und sicherheitsrelevanter Funktionen auf den Stromschienen; (iv) Ermöglichung einer einfachen und sicheren Demontage und Wiederaufbereitung; (v) Verringerung des Gehäusegewichts, ohne die Fähigkeit zu verlieren, TR einzudämmen, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer guten Recyclingquote; (vi) Gewährleistung eines fortschrittlichen Wärme-/Brandschutzes; und (vii) Kontrolle der während eines TR freigesetzten Abgases durch Kühlung und sichere Evakuierung.

VERSAPRINT wird zudem ein Entscheidungstool einführen, um die bestmögliche Konfiguration für eine bestimmte Endanwendung auszuwählen, und wird eine Validierung gemäß TRL5 bieten (i) auf Modulebene mit zwei Modulprototypen (für die Automobil- und Luftfahrtindustrie) sowie einem virtuellen Modulprototyp (für die Schifffahrt); (ii) auf Systemebene durch Simulation für ebendiese Anwendungen. Andere Anwendungen wie Busse, nicht straßengebundene mobile Anwendungen und stationäre Speicher werden ebenfalls durch Simulationen untersucht.

VERSAPRINT zielt darauf ab, die in den KPIs von „Batteries Europe 2030“ angestrebten Kosten und Leistungen zu erreichen und gleichzeitig die Moduldichte um 5 % zu erhöhen und die Feuerbeständigkeit und Sicherheit des Batteriesystems erheblich zu verbessern (kein Feuer außerhalb des Moduls während des TR). Die Nachhaltigkeit wird in allen Entwicklungsphasen bewertet. Das multidisziplinäre Konsortium umfasst 3 RTO/akademische Partner sowie 7 industrielle Partner (4 IND und 3 KMU) und wird durch 12 industrielle Beiratsmitglieder ergänzt.

Mai 2023 – April 2026

Im Forschungsprojekt CoacHyfied sollen zusammen mit 15 Projektpartnern Brennstoffzellensysteme zur Anwendung in Langstreckenbussen entwickelt und getestet werden. Dazu werden in CoacHyfied zwei Lösungen entwickelt, um die Herausforderungen, wie den geringen Bauraum oder das geringe Rekuperationspotential, zu bewältigen. Weiterhin müssen in diesem speziellen Anwendungsfall auch zahlreiche Nebenverbraucher, wie beispielsweise die Kabinenklimatisierung berücksichtigt werden. Die Busse werden für einen Zeitraum von 2-3 Jahren in zwei unterschiedlichen Regionen eingesetzt und getestet.

Der Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme (TME) entwickelt im Rahmen des Forschungsprojekts ein prädiktives Wartungsplanungskonzept anhand von im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelten generischen Zustandsindikatoren für verschiedene Bauteile des Brennstoffzellensystems. Mit Hilfe des "Maintanance Schedulers" soll die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems erhöht werden.

Take-Off: Nachhaltiger Flugkraftstoff aus CO₂

Horizont 2020 der Europäischen Union

Das vom EU-Programm Horizont 2020 finanzierte Projekt Take-Off wird die Entwicklung einer einzigartigen Technologie erforschen, die auf der Umwandlung von CO₂ und erneuerbarem Wasserstoff in nachhaltigen Flugkraftstoff (Sustainable Aviation Fuel, SAF) über Olefine als Zwischenprodukt basiert. Diese Technologie zielt darauf ab, einen hochinnovativen Prozess zu entwickeln, der SAF zu niedrigeren Kosten und mit höherer Energieeffizienz im Vergleich zu anderen derzeit verfügbaren Power-to-Liquid-Alternativen produziert. Der Ansatz von Take-Off besteht aus der Abscheidung von CO₂ aus Industrieabgasen oder der direkten Abscheidung von Luft, die mit Wasserstoff aus erneuerbarer Elektrizität reagiert, um leichte Olefine zu erzeugen. Diese leichten Olefine werden anschließend chemisch zu SAF veredelt. Alle innovativen Schritte zur Veredelung von CO₂ werden unter industriell relevanten Bedingungen demonstriert.

SAF, das mit der Take-Off-Technologie hergestellt wird, könnte die Luftfahrtindustrie bei der Verringerung ihres CO₂-Fußabdrucks erheblich unterstützen und die Verwendung von rohen Kerosinprodukten ersetzen.

Es soll erreicht werden:

• +70 % Kohlenstoff- und Wasserstoff-Effizienz
• -100 % Schwefeldioxid-Emissionen (SO₂)
• -20 % Gesamtemissionen im Vergleich zu fossilen Flugkraftstoffen
• -36 % SAF-Produktionskosten

Im Rahmen des Projekts wird ebenfalls die wirtschaftliche und ökologische Leistung von SAF, das aus CO₂ und erneuerbarem H₂ über den Weg der leichten Olefine und von konkurrierenden Produktionswegen hergestellt wird, quantifiziert. Die Quantifizierung beinhaltet:

• Wirtschaftliche Bewertung und Ermittlung von Möglichkeiten zur Senkung der Brennstoffkosten.
• Ökologische Bewertung und Ermittlung von Möglichkeiten zur Verringerung der Auswirkung von Kerosin auf die Umwelt.
• Verwendung von Kosten- und Umweltleistungsdaten.

• Das übergeordnete Ziel der am TME (RWTH Aachen) durchgeführten Forschung ist die Bewertung des Emissionspotenzials der entwickelten Kraftstoffkandidaten im Vergleich zu kommerziellem, auf fossilen Rohstoffen basierenden Kraftstoffen und ausgewählten Referenzkraftstoffkomponenten. Eines der Hauptziele ist die Identifizierung funktioneller molekularer Strukturen, die für die NO_x- und Rußemissionen verantwortlich sind, als Input für eine optimierte Kraftstoffzusammensetzung. Daher werden experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt, um zusätzlich das Potenzial der NO_x- und Rußemissionseinsparungen der im Rahmen des Take-Off-Projekts hergestellten SAF zu quantifizieren.

  Die Verwirklichung der Projektziele wird einen direkten Beitrag zu den UN-Zielen für nachhaltige Entwicklung, dem europäischen Green Deal und der Renewable Energy Directive II leisten, in deren Rahmen nachhaltige Flugkraftstoffe zunehmend an Bedeutung gewinnen.

01.01.2021 – 31.12.2024