Archiv der Kategorie: Physik, Chemie, Technik

Warum Tesla Prügel einstecken muss

Der Kurs der Tesla-Aktien bricht ein, 80 Milliarden Dollar Börsenwert werden in wenigen Stunden vernichtet. Wie konnte es dazu kommen?

(ntv) – Das nennt man wohl einen jähen Absturz: Der Aktienkurs von Tesla stürzte gestern um mehr als 20 Prozent ab. Der Börsenwert des Elektroauto-Pioniers schrumpfte damit um satte 80 Milliarden Dollar – das ist mehr als die Marktkapitalisierung von Ford und General Motors (GM) zusammen. Was ist da los?

In der vergangenen Woche hatte die Aktie mit rund 502 Dollar noch ein Rekordhoch erreicht, doch nun ging es rapide bergab. Als Auslöser nach der rasanten Rallye gilt, dass Tesla überraschenderweise doch nicht zum 21. September in den viel beachteten S&P-500-Index aufgenommen wird. Viele Fonds bilden die Zusammensetzung dieses Leitindizes nach und hätten sich bei einer Tesla-Aufnahme kurzfristig mit den Aktien eindecken müssen, was für steigende Kurse gesorgt hätte.

Nikola-Kurs geht durch die Decke
Die Nichtaufnahme war Anlass für Investoren, die auf ein Kursplus gewettet hatten, ihre Aktien zu verkaufen. Außerdem dürften sich einige Fonds schon vorab positioniert haben. Auch die lösen ihre Tesla-Positionen nun auf. Für den Kursrutsch sorgte auch die Begründung für den verweigerten Einlass: Der Index-Anbieter gab Firmen den Vorzug, die an der Börse zwar deutlich weniger wert sind als Tesla, aber häufiger Quartalsgewinne erwirtschaften. Außerdem sprach gegen Tesla, dass die Aktie extrem schwankungsanfällig ist.

Ein weiterer Grund für den Absturz: Viele Anleger dürften die Gelegenheit genutzt haben, nach den heftigen Kursgewinnen der vergangenen Woche auszusteigen. Hinzu kommt die Nachricht, dass GM beim Tesla-Konkurrenten Nikola einsteigt. Das Modell „Badger“ des Spezialisten für Elektro-Pickups soll dem „Cybertruck“ von Tesla Konkurrenz machen. GM wird den Pick-up-Truck fertigen. Die Aktien von Nikola schossen daraufhin zeitweise mehr als 50 Prozent nach oben, GM-Titel legten gut zehn Prozent zu.

Für Tesla wird es heute wahrscheinlich weiter bergab gehen. Die Aktien liegen vor Börsenstart in den USA mit 1,8 Prozent im Minus.

Corona-Krise setzt der Autobranche als Wirtschaftsmotor Deutschlands zu

(Business Insider) – Deutschland galt bislang als das Autoland. Doch die Branche scheint immer mehr den Wandel zu verschlafen: Was neue Antriebsformen wie Wasserstoff, Elektrostrom oder selbstfahrende Autos angeht, hinkt die deutsche Industrie noch hinterher.

Wie die Zukunft der Autoindustrie in Deutschland aussehen soll, wird am Dienstag beim großen Autogipfel per Videochat besprochen. Dazu lädt Bundeskanzlerin Angela Merkel (CDU) neben ihren Ministern auch die Ministerpräsidenten der Länder Baden-Württemberg, Bayern und Niedersachsen, die Vorsitzenden von Volkswagen, BMW und Daimler, die Hauptzulieferer wie Continental und Bosch und die Arbeitnehmervertretung ein.

Die Autoindustrie ist in Deutschland mit Abstand die wichtigste Branche für das Wirtschaftswachstum. Durch Einschnitte wie den Dieselskandal oder die strikte Limitierung von CO2-Emissionen ist die Branche allerdings angeschlagen. In Zeiten der Corona-Krise gilt dies noch mehr.

Die Branche gilt nicht länger als Wachstumslokomotive für Deutschland
Trotz der Pandemie steht die Autobranche weiterhin an der Spitze der deutschen Industrie und stützt noch immer diverse weitere Gewerbe: Das zeigt nun eine Studie des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW), die dem „Handelsblatt“ vorliegt. Nichtsdestotrotz sei die Autoindustrie laut Studienautor Thomas Puls von der Pandemie im Branchenschnitt „hart getroffen“ worden, schreibt die Zeitung. So seien die internationalen Lieferketten durch einen Angebots- und später einen Nachfrageschock erschüttert worden. Die Branche müsse sich deshalb erst einmal regenerieren.

Die Ökonomen sagen, dass die Branche zudem viele Arbeitsplätze kürzen müsse, weshalb sie „als Wachstumslokomotive für den Standort Deutschland zunächst ausfalle“. Da beim Beschluss des Konjunkturpaktes gegen eine Abwrackprämie gestimmt wurde, verlangen die Ministerpräsidenten der Autoländer nun anderweitig Unterstützung. Markus Söder (CSU) positionierte sich etwa gegen den Plan, die auf 16 Prozent gesenkte Mehrwertsteuer wieder zu erhöhen und spricht sich zudem für eine „CO2-Prämie“ aus.

Der Vorsitzende der IG Metall Nordrhein-Westphalen, Knut Giesler, will dagegen eine Vier-Tage-Woche für seine Arbeitnehmer, damit diesen mehr Zeit zur Verfügung steht, um sich weiterzubilden, berichtet das „Handelsblatt“. So solle vor allem dem Abbau von Arbeitsplätzen entgegengewirkt werden.

Dabei hängen vor allem viele Arbeitsplätze an der Branche: Die Autoindustrie beschäftigt allein 936.00 Menschen in Deutschland und 808.000 Angestellte in der EU und macht rund 38,9 Milliarden Euro Umsatz.

Besonders kleine Zulieferer sind betroffen
Laut Studienautor Thomas Puls treffe die Pandemie die Produzenten sowie kleinere und größere Zulieferer unterschiedlich stark. Denn Corona wirkt ihm zufolge „wie ein Brandbeschleuniger auf die ohnehin stattfindende Veränderung hin zu mehr Elektronik und der Elektrifizierung der Fahrzeuge“.

Kleine und mittelständische Zulieferer, die bisher auf Teile für Verbrenner spezialisiert waren, seien besonders stark von der Krise betroffen. Das lege der IW-Bericht nahe, wie das „Handelsblatt“ schreibt. Sie konnten in der Vergangenheit aufgrund des Margendrucks seitens der Produzenten nichts zurücklegen. Deshalb stehen sie nun vor dem Problem, dem neuen elektrifizierten Antriebstrend nicht folgen zu können. Durch die Umstellung auf E-Autos wird der Markt folglich immer kleiner und die Zahl der Arbeitsplätze sinkt. Die betroffenen Mittelständler machen dabei rund 50 Prozent der gesamten Branche aus.

Hinzu komme das Problem, dass die Autohersteller immer mehr selbst produzieren, wodurch die Nachfrage bei den Zulieferern sinkt.

Deshalb müssen sogar mittelgroße und erfolgreiche Betriebe wie der zweitgrößte Autozulieferer Continental auf die finanzielle Bremse treten. Denn bei geringer Nachfrage werden die hohen Produktions-Fixkosten nicht gedeckt. Deshalb will das Unternehmen ein im September 2019 gestartetes Sparprogramm nun noch einmal ausweiten. Dadurch sollen Kosten von einer Milliarde Euro pro Tag gespart werden, schreibt das „Handelsblatt“.

Das bedeute gleichzeitig auch eine Kürzung von 30.000 Arbeitsplätzen weltweit. In der Bundesrepublik steht das für die Entlassung von rund 13.000 Continental-Mitarbeitern. Auch die Ausgaben für neue Investitionen sollen gesenkt werden. Auch bei anderen Branchenführern wie Bosch und ZF Friedrichshain sehe das aktuelle Kostenmanagement nicht anders aus, geht aus dem „Handelsblatt“-Artikel hervor.

Der gesamten Branche bleibt letztendlich nichts anderes übrig, als sich umzuorientieren und mit dem Wandel zu gehen. Continental-Chef Elmar Degenhart sagt, sein Konzern setze künftig statt auf Tempo, Profit und Wachstum auf „eine neue Art des Wachstums mit Zukunftstechnologien“.

Revolutionärer Verbrennungsmotor ohne Abgas – Mit einer Einführung von Jean Pütz

Da ich nicht so viel Ahnung von KFZ-Motoren haben, wendete ich mich an einen Fachmann. Das mache ich bei jeder Meldung, bei der ich glaube, dass ich nicht genügend Fachkenntnis habe. In der Regel sind das Wissenschaftler, denen ich vertraue. Hier sind es Frank Obrist von der gleichnamigen Firma mit seinem Technikerteam, in dem auch Frank Wolf integriert ist. Diese haben gemeinsam einen sensationellen vibrationsfreien Ottomotor entwickelt, der  schon jetzt nicht nur mit Bezin, sondern ebenfalls mit regenerativem Methanol betrieben werden kann. Frank Wolf hat deren Meinung zusammengefasst und mir eine Mail gesendet. Diese befindet sich unten.
Ihr Jean Pütz

(pte) – Forscher der Polytechnischen Universität Valencia (UPV) haben einen neuartigen Verbrennungsmotor entwickelt, der weder CO2 noch andere umweltschädliche Abgase ausstößt. Das von seinen Erfindern als „revolutionär“ beschriebene Gerät soll nicht nur hoch effizient sein, sondern auch den strengen Emissionsregeln entsprechen, die ab 2040 geplant sind und deshalb eine echte Alternative zu E-Motoren darstellen. Die ersten zwei Prototypen werden schon in den nächsten Monaten gebaut.

„Das Beste aus zwei Welten“
„Die Technologie, die unser Team entwickelt hat, wird es ermöglichen, einen Motor zu verwenden, der dieselbe Autonomie und Wiederbefüllbarkeit bietet wie ein herkömmliches Pendant. Im Gegensatz dazu arbeitet er allerdings völlig sauber ohne jegliche Verunreinigungen oder Treibhausgasemissionen, genauso wie ein elektrischer Motor“, zitiert „TechXplore“ Luis Miguel García-Cuevas González, Lektor an der UPV. Die Automobilbranche habe dadurch eine Alternative für die Zukunft, die „das Beste aus zwei Welten vereint“, betont der Forscher.

Der innovative Ansatz basiert im Kern auf speziellen im Motor verbauten MIEC-Membranen („Mixed Ionic Electronic Conductor“), wie Projektleiter José Manuel Serra verrät: „Diese Membranen erlauben eine selektive Trennung von Sauerstoff aus der Luft. Auf diese Weise wird ein reines Verbrennungsgas erzeugt, das lediglich aus Wasser und hochkonzentriertem CO2 besteht.“

CO2 im Fahrzeug gespeichert
Der Clou ist, dass CO2 nicht wie normalerweise über den Auspuff an die Umwelt abgegeben wird, sondern im Inneren des Fahrzeugs gespeichert werden kann. „Dieses CO2 wird im Inneren des Motors komprimiert und in einem eigenen Druckbehälter gespeichert. Das hochqualitative reine CO2 kann dann beispielsweise bei einer Service-Station abgegeben und für industrielle Zwecke wiederverwertet werden“, erläutert García-Cuevas González das grundlegende Prinzip.

Interessant sein soll die „revolutionäre“ neue Technologie ihren Erfindern zufolge insbesondere für die Hersteller größerer Fahrzeuge, die sowohl Passagiere als auch Güter an Land, zur See oder in der Luft befördern. Außerdem könnte sie verstärkt dazu genutzt werden, um umweltschädliche Dieselmotoren abzulösen. „Was kleinere Gefährte betrifft, lässt sich damit zumindest ein Teil der CO2-Abgase aus dem Auspuff entfernen“, so UPV-Projektmitarbeiter Francisco José Arnau.

Mail von Frank Obrist:

Hallo Jean,

auf der Basis dieser paar Zeilen ist es schwierig eine finale Bewertung abzugeben aber ich gebe mal folgendes zu bedenken.

Den Stickstoff abscheiden und nur den Sauerstoff zu verwenden ist gut, da keine NOx entstehen können, aber der Energieaufwand (Druckverlusste der Membran) dürfte erheblich (Molekühlgrössenunterschied N2 zu O2) sein (Wirkungsgradreduktion).

Es ist wahrscheinlich dann möglich lambda anzuheben bis zur Zündgrenze und da hilft der reine Sauerstoff natürlich.

Wenn man nun annimmt, dass Benzin oder Diesel verbrannt wird sind auch die Partikel zu betrachten aber dafür gibt es Filter.

Bei Methanol wäre das anders und man hätte nun kein NOx und keine Partikel auch bei hohen lambdas. Mit Bioethanol oder eMethanol müsste das CO2 auch nicht gespeichert werden.

Bei einem solchen Prozess entsteht fast nur CO2 und Wasserdampf als Abgas. Diese Aussage ist richtig. Nun muss beides getrennt werden, um den Wasserdampf and die Umwelt abzugeben und das CO2 (das schwarze aus Benzin und Diesel) zu speichern. Um es zu speichern muss man es komprimieren (Energieaufwand – Wirkungsgradreduktion). Behältergrösse führt zur Reichweitenbegrenzung – wenn der voll ist muss man das Zeug wieder loswerden um Weiterfahren zu können.
Danach muss es an der Tankstelle „abgegeben“ werden. Logistik ist da unklar für mich – Aufwand.
Es dann im industriellen Bereich (Reinheitsgrad ist zu berücksichtigen) zu verwenden hört sich erstmal schick an, aber das CO2 sollte nicht in die Atmosphäre gelangen sonst ist das Ganze sinnlos. Bei einer weltweiten Umstellung auf so einen Prozess gäbe es dann sicherlich zu viel industrielles CO2 und dann kommt sicherlich der Gedankengang es irgendwo zu deponieren. Eher problematisch!

Hoffe das hilft Dir weiter. Gerne können wir das auch mal direkt mit den Menschen dort besprechen.
Frank Obrist

Energie von Flüssig-Erdgas effizienter nutzbar

(pte) – Forscher der Nanyang Technological University (NTU) und des staatlichen Beratungsunternehmens Surbana Jurong haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der Energieinhalt von flüssigem Erdgas effizienter verwerten lässt, sodass weniger CO2-Emissionen anfallen.

Prinzip Wärmetauscher
Flüssiges Erdgas, das eine Temperatur von weniger als minus 160 Grad Celsius hat, lässt sich zum Heizen nutzen. Dazu muss es erwärmt werden, um sich in Gas zurückzuverwandeln. Sowohl für die Verflüssigung als auch für die Vergasung ist Energie nötig, die die Umwelt zusätzlich belastet. Die Forscher aus Singapur wollen das zumindest teilweise verhindern.

Die Wissenschaftler leiten das Erdgas zunächst in einen Wärmetauscher. Hier gewinnen sie die Kälteenergie zurück und speichern sie in einem sogenannten Kryotank. Das Volumen von Erdgas vergrößert sich beim Übergang von flüssig auf fest um das 600-Fache. Das lässt sich in einer Turbine nutzen, die Strom erzeugt.

Gekoppelt ist sie mit einer zweiten Turbine, in der das Gas verbrannt wird. Die dabei frei werdenden Kräfte werden zusätzlich zur Stromerzeugung genutzt. Die elektrische Energie wird direkt verbraucht oder in einer Batterie gespeichert. Wenn die Abgase die Turbine verlassen, sind sie noch so heiß, dass sie genutzt werden können, um Gebäude zu beheizen und warmes Wasser zu erzeugen. Bei Überschussproduktion soll Wärme in einem Speicher zwischengelagert werden.

Kälteenergie verwenden
Ein Teil der Kälteenergie soll genutzt werden, um CO2 aus dem Rauchgas zu entfernen. Da es bei einer Temperatur von minus 57 Grad flüssig wird, reicht die Kälte des flüssigen Erdgases aus, um CO2 einzufangen. Es kann als Rohstoff in der Chemie genutzt oder in tiefen geologischen Formationen eingelagert werden.

Die Kälteenergie aus dem Kryotank soll genutzt werden, um Kühlhäuser zu versorgen, sodass sie weniger Strom verbrauchen. Sie ist auch für die Klimatisierung von Bürogebäuden, Wohnhäusern und vor allem für Rechenzentren geeignet, die 37 Prozent des Stroms nutzen, um Kälteenergie herzustellen. Das System ist darauf ausgelegt, die CO2-Emissionen des Stadtstaates bis zum Jahr 2030 wie geplant um 36 Prozent zu reduzieren. Referenzjahr ist 2005. Derzeit werden in Singapur pro Jahr rund 55 Mio. Tonnen CO2 frei.

HyperHybrid-Auto in Funktion – Die Zukunft der Elektromobilität – Mit einer Stellungnahme von Jean Pütz

Antwort an Obrist, dem Produzenten der beiden Prototypen auf Basis von HyperHybrid, als ökologische Alternative zum reinen Elektroauto mit schwerlastigen und teuren Batterien:

Das Video habe ich mir angesehen. Als Redakteur und Filmemacher möchte ich Ihnen wirklich ein Kompliment machen. Leider fehlen ihm wesentliche Aussagen:

  • Zunächst einmal die Regeneration beim Bremsen, die die Reichweite auch wesentlich verlängert.
  • Der extrem geringe Verbrauch (2 Liter auf 100 Kilometer – und beim Zwischenladen auf längeren Strecken sogar noch weniger). Mit einer Tankfüllung von 30 Litern werden über 1000 Kilometer erreicht, ohne Zwischenstop
  • Die Möglichkeit z. B. mit regenerativem Methanol zu verwenden und dadurch wesentlich bessere Ökobilanz als jedes Elektroauto
  • Um den Innenraum zu heizen und zu kühlen, braucht man keinen kostbaren Batteriestrom
  • Der unschlagbare Preis – ein Kleinauto unter 15.000 € und ein Mittelklasseauto unter 25.000 €,

Für mich die wichtigste Eigenschaft:

  • Der deutschen Automobilindustrie werden Milliarden von Investitionen, die bei reiner Elektromobilität jeglichen Aufschwung nach Corona bremsen, Deutschland könnte seinen Vorsprung in der Motorentechnologie weltweit bewahren.

Das alles mit dem gleichen Komfort und Fahrgefühl wie beim reinen Elektroauto.

Meines Erachtens wurde auch der Unterschied zwischen einem üblichen Plug-in-Hybrid und dem HyperHybrid nicht so deutlich, wie es hätte sein können, herausgestellt. Frank Obrist wies zwar kurz darauf hin, aber leider war das nur so am Rande.

Hier geht’s zum Video

Europa wacht auf – Förderung von Lithium-Ionen-Batterien für die Mobilität – Mit einem Vorwort von Jean Pütz

Zu Recht wird die Batterieentwicklung gefördert, insbesondere, damit der Technologie-Rückstand Deutschlands und Europas gegenüber Südostasien verringert wird.

Allerdings besteht die Möglichkeit, die Elektroautos mit wesentlich weniger Batteriekapazität auszurüsten, wenn die Automobilindustrie mehr auf die sogenannte HyperHybrid-Technologie setzen würde: Ein kleiner Lademotor, der auch mit regenerativem Treibstoff aus der solaren Wasserstoff-Gewinnung betrieben werden kann (z. B. mit Methanol), ermöglicht eine Reduktion der Batteriekapazität um das 6- 7-Fache. Besonders wichtig, auf  gewichtsträchtiges Getriebe kann völlig verzichtet werden, denn die Genialität des Elektro-Antriebs bewältigt dies durch geschickte Software. Weitere Vorteile: Das HyperHybrid-Auto wird viel leichter, das Heizen und Kühlen des Innenraums muss nicht mit kostbarem Batteriestrom betrieben werden, die Bremsenergie kann weitgehend regeneriert werden. Weil der Lademotor stets im optimalen Wirkungsgradbereich läuft, ist ein äußerst geringer Verbrauch möglich und im Bedarfsfall liefert er zusätzliche Antriebsenergie zur Batterieleistung.

Vor 10 Jahren habe ich ein solches Antriebsmodell Automobilfirmen (Ford Köln) vorgetragen, weil mir der ökologische Schaden durch große Batterien des reinen Elektroautos bewusst war. Der Vorteil, den wir in unseren Städten durch Abgasfreiheit gewinnen, schadet an anderer Stelle, dort, wo die Rohstoffe gewonnen werden, der Bevölkerung. Es handelt sich also nur um eine Verlagerung auf Kosten der Menschen vorwiegend in den Entwicklungsländern, die sich nicht wehren können.

Leider wurde dieser Vorschlag wegen zu hoher Kosten abgelehnt, das war noch vor dem Software-Betrug bei Diesel-Autos.

Jetzt hat eine österreichische Entwicklungs-Firma dieses Konzept als Prototyp umgesetzt und zeigt, dass es enorme wirtschaftliche Vorteile bringt. Zwei Prototypen wurden vorgestellt: ein Kleinauto mit einem niedrigen Preis von maximal 15.000 € und einem Mittelklasse-Auto, auf der Basis des Tesla, von einem möglichen Verkaufspreis von unter 25.000 €. Mit einem Tankvolumen von 30 Litern Benzin oder regenerativem Methanol, ist eine signifikante Erhöhung der  Reichweite gegenüber dem reinen Elektroauto von über 1.200 Kilometer möglich. Treibstoff-Verbrauch unter 2 Liter auf 100 Kilometer, wenn – wie beim reinen Elektroauto zwischengeladen wird, ist der noch erheblich reduzierbar.

Trotzdem halte ich die Förderung, die im folgenden Beitragl vom KIT beschrieben,  für extrem notwendig, obwohl die österreichische Firma Obrist, die auch den Prototypen entwickelt hat, eine kompakte Lithium-Ionen-Batterie geschaffen hat, die gegenüber äußeren Temperatur-Einflüssen unempfindlich und extrem brandgeschützt ist.

Ihr Jean Pütz

(KIT) – as von der Europäischen Union (EU) geförderte Projekt BIG-MAP soll die Geschwindigkeit, mit der neue Batterietypen entwickelt werden können, erheblich beschleunigen – und das mit einem besonderen Fokus auf Nachhaltigkeit. Über die Forschungsplattform CELEST beteiligen sich daran das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Ulm. Gleichzeitig verstärkt das Projekt die Forschungsaktivitäten im gemeinsamen Exzellenzcluster POLiS.

Um die von der EU und Deutschland angestrebte Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, müssen unter anderem die Treibhausgasemissionen aus dem Straßenverkehr drastisch sinken. Wesentlich dazu beitragen soll der konsequente Ausbau der Elektromobilität, der allerdings kostengünstigere und nachhaltigere Alternativen zu den bestehenden Batterien voraussetzt. „Genau das ist eine riesige Herausforderung, denn die Entwicklung neuer Batterien dauert mit derzeitigen Methoden recht lange. Im Projekt BIG-MAP wollen wir das entscheidend voranbringen”, sagt Professor Maximilian Fichtner, wissenschaftlicher Sprecher von CELEST und POLiS sowie stellvertretender Direktor am Helmholtz Institut Ulm (HIU), welches das KIT gemeinsam mit der Universität Ulm gegründet hat. Das EU-Projekt BIG-MAP (BIG steht für Battery Interface Genome; MAP für Materials Acceleration Platform) zielt darauf ab, gänzlich neue Methoden zu etablieren und dadurch die Batterieentwicklung – unter anderem durch eine konsequente Automatisierung und durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) – deutlich zu beschleunigen. Nachhaltige und ultrahochleistungsfähige Batterien sollen zukünftig durch die in BIG-MAP etablierten Methoden bis zu zehnmal schneller entwickelt werden als bisher. „Die Vision besteht aber nicht nur darin, neue Batterien viel schneller entwickeln zu können, sondern auch sicherzustellen, dass sie Energie effizient speichern können, dass sie nachhaltig und zu so niedrigen Kosten hergestellt werden können, damit es in Zukunft noch attraktiver sein wird, Strom zum Beispiel aus Sonne und Wind in Batterien zu speichern“, so Fichtner. „Eine Neuausrichtung der bestehenden Entdeckungs-, Entwicklungs- und Herstellungsprozesse für Batteriematerialien und -technologien ist notwendig, damit Europa es mit seinen Hauptkonkurrenten in den USA und Asien aufnehmen kann.“

Das Budget für BIG-MAP beläuft sich auf 16 Millionen Euro, beteiligt sind 34 Institutionen aus 15 Ländern. Das KIT ist mit den drei Professoren Maximilian Fichtner, Wolfgang Wenzel und Helge Stein nach der koordinierenden Technical University of Denmark (DTU) größter Fördersummenempfänger. Entsprechend wird auch das Exzellenzcluster Post-Lithium-Speicherung (POLiS), das vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm, dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) sowie der Universität Gießen betrieben wird, bei der Entwicklung der neuen Methoden einen wichtigen Anteil haben. BIG-MAP wird zunächst über drei Jahre laufen, mit der Option auf eine Verlängerung um weitere sieben Jahre. Es ist das größte Einzelforschungsprojekt der europäischen Forschungsinitiative für Batterien, BATTERY 2030+.

„Bei BATTERY 2030+ und BIG-MAP müssen wir die Art und Weise, wie wir Batterien erfinden, neu erfinden. Im vergangenen Jahr ging der Nobelpreis für Chemie an die Erfinder der Lithium-Ionen-Batterie. Eine fantastische Erfindung, aber es dauerte 20 Jahre von der Idee bis zum Produkt – wir müssen in der Lage sein, es in einem Zehntel dieser Zeit zu schaffen, wenn wir nachhaltige Batterien für die Energiewende bereitstellen wollen“, sagt Tejs Vegge, Professor an der DTU und Leiter von BIG-MAP.

KI und Roboter beschleunigen die Batterieentwicklung
Im Rahmen von BIG-MAP soll eine gemeinsame europäische Dateninfrastruktur entstehen, die es ermöglicht, Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus autonom zu erfassen, zu verarbeiten und in kooperativen Arbeitsabläufen zu nutzen. So wird ein physischer Zugang zu den unterschiedlich ausgestatteten Testeinrichtungen für die BIG-MAP-Forscherinnen und -Forscher dann kaum noch notwendig sein, und sie können über Landesgrenzen und Zeitzonen hinweg zusammenarbeiten. Von KI orchestrierte Experimente und Synthese werden große Mengen erfasster Daten mit Fokus auf Batteriematerialien, Schnittstellen und Zwischenphasen nutzen. Die Daten werden aus Computersimulationen, autonomer Hochdurchsatz-Materialsynthese und -charakterisierung, in Operando-Experimenten und Tests auf Geräteebene generiert. Neuartigen KI-basierten Werkzeugen und Modellen werden die Daten dazu dienen, das Zusammenspiel zwischen Batterie-Materialien und Grenzflächen zu „erlernen“ und so die Grundlage für die Verbesserung zukünftiger Batteriematerialien, Grenzflächen und Zellen zu schaffen.
„Wir werden in der Lage sein, den komplexen chemischen Raum mithilfe von autonom agierenden Robotern in nie dagewesener Geschwindigkeit und Qualität zu erkunden. Unser Verständnis wird hierbei durch eine zentrale Künstliche Intelligenz unterstützt“, erläutert Professor Helge Stein (HIU und POLiS), in dessen Forschungsgruppe die für die beschleunigte Materialentdeckung benötigte KI federführend entwickelt und über den europäischen Kontinent verteilt wird.

China realisiert Magnet-Schwebebahn-Netz in Süd-Ost-Asien

Ein Magnetschnellbahn-Testfahrzeug für den Höchstgeschwindigkeitsverkehr, das für eine Betriebsgeschwindigkeit von bis zu 600 km/h ausgelegt ist, hat am 21. Juni 2020 erfolgreich seinen ersten Testlauf auf einer Versuchsstrecke der Tongji-Universität in Shanghai absolviert. China betrachtet dies als einen wichtigen Durchbruch bei seinem Entwicklungsprogramm für Magnetschnellbahnsysteme. Dieses neue Bahnsystem kann als direkte Weiterentwicklung der deutschen Magnetbahntechnologie Transrapid angesehen werden, der leider eine Erstanwendung in Deutschland aus politischen und industriellen Gründen versagt blieb.

In China soll nach dem Flughafenzubringer in Pudong bis zum Jahr 2025 eine neue 500 Kilometer lange Magnetschnellbahnstrecke in den kommerziellen Betrieb gehen. Die Höchstgeschwindigkeitsstrecke Shanghai-Hangzhou ist Bestandteil des Mehrjahresplanes für 10 Supertransportprojekte . Dieses Projekt einer Magnetschnellbahn dürfte also bald Wirklichkeit werden. Nach seiner Fertigstellung im Jahr 2025 werden die Bürger von Hangzhou das Zentrum von Shanghai in 20 Minuten erreichen können. Es ist geplant, die Magnetschnellbahnstrecke über Hangzhou nach Ningbo zu verlängern.

Der Anblick eines einzelnen, autonom fahrenden Mittelwagens ist sicherlich ein ungewöhnlicher Anblick für Eisenbahningenieure, zeigt aber den entscheidenden technologischen Unterschied des Rad/Schiene-Systems zur Magnetschwebebahn mit Langstatorantrieb auf: der Antrieb liegt im Fahrweg.

Die Entwicklung einer Magnetschnellbahn mit einer Betriebsgeschwindigkeit von 600 km/h ist ein Schlüsselprojekt in Chinas „Advanced Rail Transit“-Programm, das vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie im Jahr 2016 initiiert wurde. Das Projektteam, in dem eines der weltweit größten Bahnindustrieunternehmen, die CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd. für den technischen Teil verantwortlich ist, hat Experten aus mehr als 30 Unternehmen, Universitäten und Forschungsinstituten integriert. Eine wissenschaftliche Zusammenarbeit mit deutschen Universitäten und der deutschen Bahnindustrie unterstützt diese Entwicklung. Im Jahr 2019 wurde die Magnetschnellbahn als eine Schlüsseltechnologie für die langfristige Zukunft Chinas in das Programm „Outline for the Construction of a Powerful Country“ aufgenommen.

Worum ging es bei dem Test?
Der Versuch am 21. Juni 2020 ist der erste dynamische Fahrbetrieb eines Prototypfahrzeugs auf der Magnetschwebebahn-Teststrecke in Shanghai und markiert einen großen Schritt vorwärts gegenüber den bisherigen statischen Versuchen. Der Testlauf lieferte eine große Zahl an wichtigen Daten und bewies die prinzipielle Einsatzfähigkeit der neuen Fahrzeugentwickung. Der Test ist eine Grundlage für die weitere Entwicklung und Optimierung des nächsten Testfahrzeugs für das Magnetschnellbahnprojekt im Höchstgeschwindigkeitsbereich.
Den chinesischen Ingenieuren des Forschungs- und Entwicklungsteams des CRRC Qingdao Sifang zufolge zeigte die Magnetschnellbahnsektion während des Tests eine stabile Schwebeleistung und einen einwandfreien Betriebszustand. Der nächste Schritt ist die Industrialisierung der weiterentwickelten Magnetschnellbahntechnologie.

Chinesisches Einsatzfeld:
Die chinesischen Verkehrsforscher erwarten, dass eine 600 km/h schnelle Höchstgeschwindigkeits-Magnetschnellbahn die Geschwindigkeitslücke zwischen Flugzeug und Bahn schließt und dazu beiträgt, ein effizienteres und flexibleres Verkehrssystem aufzubauen. Magnetschnellbahnen können kurze Fahrzeiten mit höchster Sicherheit, Zuverlässigkeit, hoher Fahrgastkapazität, großer Pünktlichkeit und niedrigen Wartungskosten kombinieren.

Reversible Brennstoffzelle mit über 60% Wirkungsgrad – Mit einer Einführung von Jean Pütz

Die Politik wird heute ein sogenanntes ‚Grünes Wasserstoffkonzept‘ vorstellen. Wasserstoff ist tatsächlich eine Möglichkeit, regenerative Energien zu nutzen und zu speichern. Allerdings ist alles noch am Anfang, das vorhandene Erdgasnetz zur Verteilung von Wasserstoff zu nutzen, ist allerdings nicht ohne weiteres möglich, denn Wasserstoff ist extrem flüchtig. Dafür reichen die bisherigen Dichtungsmaßnahmen für Erdgas nicht aus. Wasserstoff zu speichern ist auch ein großes Problem, denn er lässt  sich leider erst bei -253°C  unter hohem Energieaufwand verflüssigen. In gasförmiger Form kann es nur mit hohem Druck zur Verfügung gestellt werden, z. B. bei einem Überdruck von 700 Bar werden vom Gewicht und Energiegehalt her 700 mal mehr gespeichert als bei atmosphärischem Druck. Deshalb entstehen Probleme bei der sinnvollen Nutzung von Wasserstoff in beweglichen Anwendungen, z. B. im Kraftfahrzeugbereich. Sehr sinnvoll ist es allerdings dann, wenn Wasserstoff dazu dient, elektrische Energie für das Hochspannungsnetz zur Verfügung zu stellen. Für diese Umsetzung von Wasserstoff zu Strom gibt es zwei Möglichkeiten:

1. indem es in Verbrennungsmaschinen in Bewegung-Energie und dann in Generatoren in elektrische Energie umgewandelt wird. Das ist sicher sinnvoll, wenn auch die dabei anfallende Wärme benötigt wird, denn der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren beträgt wegen des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik nur maximal 40%. Für Gas-Wärmepumpen ist das allerdings vertretbar.

2. Umwandlung in Strom in der Brennstoffzelle. Bei sogenannten Niederbrennstoffzellen – so etwa bis 200 °C – ist der Wirkungsgrad nicht wesentlich besser, deswegen ist das bestenfalls für mobile Anwendungen akzeptabel, aber derzeit noch viel teurer als über Otto-Motoren nach dem Verbrennungsprinzip.

Anders dagegen bei sogenannten Hochtemperatur-Brennstoffzellen, die allerdings eine Betriebstemperatur von 600 – 800°C benötigen.

Eine solche Zelle hat nun die KFA Jülich entwickelt, bei einem Wirkungsgrad von immerhin 62% – eine große Leistung. Jedoch ist es bisher erst gelungen, eine Leistung von 5 kW zu erreichen. Um allerdings die Stabilität des elektrischen Versorgungsnetzes zu gewährleisten, benötigt man bei rein regenerativer Einspeisung von Solar- und Windstrom tausende von Terrawatt-Stunden. Ob das jemals sinnvoll und ökonomisch möglich ist, fällt in den Bereich von Wunschträumen.

Ihr Jean Pütz

(Internationales Verkehrswesen) – Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben ein hochgradig effizientes Brennstoffzellen-System in Betrieb genommen, das einen elektrischen Wirkungsgrad im Wasserstoffbetrieb von über 60% erzielt. Ein so hoher Wert wurde bis jetzt von keinem anderen Forscherteam weltweit berichtet. Und die Anlage weist noch eine weitere Besonderheit auf: Die neu entwickelten reversiblen Hochtemperatur-Brennstoffzellen können nicht nur Strom erzeugen, sondern lassen sich auch für die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse nutzen.

Reversible Brennstoffzellen, englische Bezeichnung „reversible Solid Oxide Cell“, kurz rSOC, verbinden praktisch zwei Geräte in einem. Der Zelltyp ist daher in besonderer Weise für den Bau von Anlagen geeignet, die Elektrizität in Form von Wasserstoff zwischenspeichern und diesen zu einem späteren Zeitpunkt wieder rückverstromen können. Eine derartige Speichertechnologie könnte eine wichtige Rolle bei der Energiewende spielen. Sie wird benötigt, um Schwankungen erneuerbarer Energien auszugleichen und dem Auseinanderlaufen von Angebot und Nachfrage entgegenzuwirken. Zusätzlich bietet sich der Einsatz für abgelegene Stationen auf Inseln und Bergen an, um dort eine autarke Energieversorgung sicherzustellen.

Die außergewöhnliche Eigenschaft der Reversibilität weisen nur Hochtemperatur-Brennstoffzellen, kurz SOFC, englisch „Solid Oxide Fuel Cell“, auf, die bei etwa 800 Grad Celsius betrieben werden. Aufgrund der hohen Temperatur können für diesen Brennstoffzellentyp unedlere und kostengünstigere Materialien als für Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen verwendet werden. Gleichzeitig arbeiten Hochtemperatur-Brennstoffzellen höchst effizient. Anders als Niedertemperatursysteme, deren Wirkungsgrad im Betrieb mit Wasserstoff auf etwa 50% begrenzt ist, können Hochtemperatur-Brennstoffzellen auch einen deutlich höheren Wirkungsgrad erzielen.

Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich ist es nun gelungen, den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern und erstmals einen Wert von über 60% zu realisieren. Für ihre Anlage ermittelten die Forscher im Testbetrieb einen elektrischen Wirkungsgrad von 62%. „Möglich wurde dies durch ein verbessertes Stackdesign in Verbindung mit einer optimierten und hochintegrierten Anlagentechnik, die mehr als 97% des zugeführten Wasserstoffs elektrochemisch umsetzt“, erklärt Prof. Ludger Blum vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-3).

Eine dieser Verbesserungen liegt in der Dimensionierung der Wandlereinheit (engl. „Stack“). „Unser Stack kommt auf eine Leistung von 5 kW, womit in etwa der Stromverbrauch zweier Haushalte gedeckt werden könnte. Bislang musste man immer mehrere Einheiten im Kilowatt-Maßstab kombinieren, um eine vergleichbare Leistung zu erreichen“, erläutert Ludger Blum. Der Forscher hofft, dass sich so auch die Herstellungskosten senken lassen, da insgesamt weniger Einheiten für den Bau leistungsstarker Anlagen benötigt werden.

Im Elektrolysemodus, wenn das System Wasserstoff produziert, lässt sich die Jülicher Anlage sogar noch mit einer deutlich höheren Leistung fahren. Bei einer Stromaufnahme des Stacks von 14,9 kW erzeugt sie dann pro Stunde 4,75 m³ (Nm3/h) Wasserstoff, was einem Systemwirkungsgrad von 70% entspricht. Damit arbeitet die Versuchsanlage bereits jetzt effizienter als alkalische und Polymerelektrolyt-Elektrolyseure, die auf 60 bis 65% kommen und heute Standard sind.

„Die Elektrolyse funktioniert für den Anfang schon recht gut, hier sehen wir aber auf jeden Fall noch ein Verbesserungspotenzial“, sagt Blum. Hochtemperatur-Systeme anderer Entwickler, die speziell für die Elektrolyse optimiert wurden, erreichen heute Wirkungsgrade von über 80%. Im Brennstoffzellenmodus arbeiten diese dann allerdings nicht so effizient, wie das neue Jülicher System.

Die Jülicher Forscher haben bereits weitere Optimierungen angedacht, mit denen sie den sogenannten „Round-trip“-Wirkungsgrad weiter steigern wollen. Die Kennzahl beschreibt, welcher Wirkungsgrad bei der Wiederverstromung, also nach Herstellung von Wasserstoff und Rückverstromung, übrig bleibt. Die Wissenschaftler wollen den Wert von aktuell 43% auf über 50% verbessern.

Für einen Wasserstoffspeicher wäre dieser Wert sensationell, auch wenn die Technologie in dieser Hinsicht nicht mit Batteriespeichern mithalten kann, die teilweise auf über 90% kommen. Dafür bieten Brennstoffzellen-Systeme andere Vorteile. Da der Energiewandler, die Brennstoffzelle, und der Energieträger Wasserstoff klar voneinander getrennt sind, kann immer wieder neu Wasserstoff zugeführt oder auch abgeleitet werden. Der Größe der speicherbaren Energiemenge sind so kaum Grenzen gesetzt.

 

 

 

HyperHybrid – Das Auto der Zukunft ? – Mit einer Einführung von Jean Pütz

Vor 10 Jahren habe ich der Kölner Niederlassung von Ford Deutschland ein sogenanntes Hyper Hybrid Modell vorgeschlagen. Leider ist man auf meine ausgefeilte Idee, den Kraftstoffverbrauch soweit wie möglich zu verringern und die Elektromobilität zu nutzen nicht eingegangen. Das Kraftfahrzeug wird wesentlich leichter weil es bedarf keines Getriebes mehr und die Batterie Bedarf höchstens ein Fünftel der Kapazität des heutigen üblichen Elektroautos.
6 Jahre später hat dann die im Artikel beschriebene österreichische Firma die Idee
aufgegriffen und in einer hervorragenden Weise verwirklicht. genauso wie ich es bei meiner Testfahrt erlebt habe. Da ist nichts mehr hinzuzufügen, außer dass die Firma auch ein Kleinwagen in ähnlicher Weise vom Normalbenzin-Auto auf über Hybrid Methode umgerüstet hat.
Das soll nur maximal 18000 € kosten und noch weniger verbrauchen. Wie gesagt auch regenerativer Treibstoff – das heißt CO2 neutral.
Es ist dein Auto für jedermann und nicht nur für die reichen die eine eigene Garage oder eine eigene Stromzapfsäule besitzen.
Ihr Jean Pütz

(Michael Gasser) – Lustenau Kommt die Lösung für den globalen Automarkt ausgerechnet aus Vorarlberg? Könnte sein. Frank Obrist (58), Eigentümer einer 50-Mann-Hightechfirma in Lusten­au, ist jedenfalls davon überzeugt. Statt leerer Worte will er mit einem fertigen Prototyp den Beweis antreten. In einem Hangar bei Altenrhein gleich über der Grenze steht der „Mark II“. Ein Tesla Model 3 – auf den ersten Blick. Doch unterm bekannten Blechkleid steckt das, was für Obrist ein intelligentes Elektroauto ausmacht. Die Entwickler aus der Stickergemeinde haben den Tesla von seiner riesigen Batterie und deren Steuerung befreit und an deren Stelle einen kompakten und leichten Akkupack montiert, in den Stauraum fürs Handgepäck in der Front haben sie ihren Mini-Motor geschraubt. Ein Liter Hubraum, zwei Zylinder und eine einzige Aufgabe: Bei Bedarf Strom erzeugen. Das geschieht nur im optimalen Drehzahlbereich und Lambda 1. Die Techniker des Hauses beschreiben eine damit verbundene vollständige Verbrennung. Es würden so keine Luftschadstoffe ausgestoßen. Zwei Liter Verbrauch auf 100 Kilometer und kaum über 20 Gramm CO2 – der „HyperHybrid“, wie Obrist seine Innovation nennt, stellt damit alles Bekannte in den Schatten. Weil der Motor auch synthetische Kraftstoffe der nächsten Generation verträgt, könne er in Sachen CO2-Bilanz auch vollkommen neutral arbeiten. Auch deshalb ist der serielle Hybrid aus Lustenau für Frank Obrist keine Brückentechnologie, sondern eine Lösung für die Zukunft.

Exklusive Testfahrt
Blanke Theorie? Wir durften für eine ausgiebige Runde ans Steuer des Prototyps, der weltweit großes Interesse ausgelöst hat. Ein paar Logos des heimischen Hightech-Unternehmens ersetzen die Tesla-Schriftzüge. Der Elektromotor des amerikanischen Pioniers ist auf 120 Kilowatt gedrosselt. Bis 65 km/h geht es lautlos, ganz im Strommodus dahin. Dass mittlerweile der Verbrenner den Strom erzeugt, merkt im Fahrbetrieb niemand. Vibrationslos und ohne jegliches Ruckeln hat er seine Arbeit aufgenommen. Erst in Bergaufpassagen macht er sich akustisch ein wenig bemerkbar. Schon nach wenigen Kilometern ist klar: Der HyperHybrid hat bereits Serienreife.
Ein erster großer Zulieferer habe unterschrieben, verrät Frank Wolf (54), der als Geschäftsführer bei Obrist fungiert. Mit dem Lizenzvertrag in der Hand soll eine Motorenfabrik entstehen. Die ersten Fahrzeuge könnten in drei bis vier Jahren auf den Markt kommen. Auch mit weiteren Zulieferern und Pkw-Herstellern würde verhandelt. Namen werden freilich keine genannt, das gehört zum Geschäft.
Namen großer Hersteller finden sich aber schon bisher auf den Auftragslisten. Mit Thermomanagement-Lösungen ist das Unternehmen (Obrist Engineering) seit 1996 am Markt tätig. Auch Tesla zählt zu den Kunden. „Wir sind in diesem Bereich ein großer Fisch im kleinen Teich“, beschreibt Frank Obrist. Mit der 2011 gegründeten Obrist Powertrain will der Unternehmer aus der Nische. Das mit nicht weniger als der „Lösung für den globalen Automarkt“ in der Hand, wie er findet. Der Prototyp des HyperHybrids erklärt den Optimismus.