Auto/Motor

Es kommt Bewegung in den Kraftstoffmarkt für Hochseeschiffe. Vorgaben zur
Reduzierung der Abgasemissionen erfordern neue nachhaltige Wege bei der
Herstellung von Diesel und Schweröl. Wie können diese Wege aussehen? Was
sind die neuen Rohstoffe? Forschenden des Fraunhofer UMSICHT ist es im
Rahmen des Projekts PyroMar gelungen, die gesamte Verfahrenskette zur
Produktion biobasierter Beimischkomponenten abzubilden. Jetzt geht es in
die Testphase.

Weltweit emittieren Schiffe große Mengen an Schwefeldioxid und CO2 in die
Umwelt. Ihr Anteil am weltweiten CO2-Ausstoß beträgt etwa 3 %; das
entspricht dem gesamten CO2-Ausstoß der Bundesrepublik Deutschland. Seit
2015 dürfen Hochseeschiffe innerhalb sogenannter Emission Control Areas
(ECAs) – hierzu zählen u. a. die Sonderzonen Nord- und Ostsee, Bereiche
der nordamerikanischen Küsten und die Küstengewässer rund um Puerto Rico –
nur noch mit Kraftstoffen betrieben werden, deren Schwefelanteil bei
maximal 0,1 Massen-% liegt. Und auch außerhalb dieser Zonen wurden die
Vorgaben verschärft: Seit diesem Jahr gilt ein weltweiter Grenzwert von
0,5 Massen-% Schwefel.

Blends mit biogenen Beimischkomponenten

Die Vorgaben werden Einfluss auf den Schiffskraftstoffmarkt haben,
Experten schließen nicht aus, dass es zu Lieferengpässen für Kraftstoffe
mit niedrigen Schwefelanteilen kommen kann. Drop-in-Fuels auf Basis
nachhaltiger biogener Rohstoffe könnten das Problem lösen und langfristig
erdölbasierte Kraftstoffe zumindest teilweise ersetzen. Noch sind die
Biokraftstoffe allerdings nicht in den geforderten Mengen zu produzieren.
Zudem ist die Herstellung kostenintensiv. »Was bereits in naher Zukunft
ökologisch und ökonomisch Sinn ergibt, ist die Verwendung biogener
Beimischkomponenten in den Blends«, sagt Dr. Volker Heil vom Fraunhofer
UMSICHT. Der Leiter des Projekts PyroMar entwickelt mit seinem Team aus
Oberhausen gemeinsam mit Projektpartnern aus Rostock und Heidelberg die
Technologie zur Herstellung dieser Komponenten.

Als Rohstoff hierfür dient bisher ungenutzte Biomasse, z. B. Stroh, Laub,
Landschaftspflegeheu oder Strauchschnitt. Ihr Vorteil: Im Gegensatz zu
gängigen Energiepflanzen wie Raps oder Mais stehen sie nicht in Konkurrenz
zur Nahrungsmittelproduktion. Mittels ablativer Schnellpyrolyse – ein
Verfahren, mit dem organische Verbindungen bei hohen Temperaturen und ohne
Sauerstoff in höherwertige Produkte umgewandelt werden – entsteht aus der
Biomasse im ersten Schritt Pyrolyseöl. Dieses enthält saure Komponenten,
die in einem nächsten Schritt mit biobasierten langkettigen Alkoholen
verestert werden. Volker Heil: »Dadurch erreichen wir eine bestmögliche
Mischbarkeit mit fossilen Dieselkraftstoffen bzw. Schweröl, und das ohne
Zugabe von Wasserstoff, der häufig in anderen Biokraftstoffverfahren
benötigt wird.« Auch die katalytische Herstellung der langkettigen
Alkohole aus strohstämmigem Ethanol wurde am Fraunhofer UMSICHT
entwickelt, sodass das Institut im Rahmen von PyroMar die gesamte
Verfahrenskette zur Produktion biobasierter Beimischkomponenten abbilden
kann.

Ganzheitliche Marktbetrachtung

Die Erwartungen der Forschenden an die ersten Motorentests sind groß. Im
Labor für Kraft- und Schmierstoffforschung der Universität Rostock wird
aktuell sichergestellt, dass für die biobasierten Beimischkomponenten
keine gesonderten Änderungen am Motor notwendig sind. Begleitend zur
technischen Entwicklung der Beimischkomponenten werden eine Reihe von
Studien erstellt, koordiniert durch das ifeu – Institut für Energie- und
Umweltforschung Heidelberg gGmbH: Unter anderem werden ökologische und
ökonomische Nachhaltigkeitsbewertungen durchgeführt und die
Biomassepotenziale sowie Absatzmärkte analysiert. Ebenfalls blicken die
Beteiligten detailliert auf die rechtlichen Rahmenbedingungen und
erarbeiten Ansätze für den Weg des PyroMar-Konzepts in den Markt. »Wir
sind sehr gespannt auf die Ergebnisse, denn wir wollen eine echte
Alternative zur Lösung der Schwefelproblematik und zur CO2-Einsparung in
der Schifffahrt bieten«, fügt Volker Heil abschließend hinzu.



Förderhinweis
Das Projekt PyroMar wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft
und Energie (BMWi) unter dem Förderkennzeichen 03EI5412 gefördert.

Hochschule      Würzburg-Schweinfurt    erhält  Förderung       für
Mikrologistik-Projekt

Das Projekt „FlowPro“, das die Mikrologistik der Zukunft einleitet, wird
im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds („mFUND“) mit rund 2,2
Millionen EURO durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale
Infrastruktur gefördert. Ab dem 1. Juli 2020 werden für einen Zeitraum von
drei Jahren sechs bundesweite Projektpartner, unter ihnen die Hochschule
Würzburg- Schweinfurt, die Vernetzung, Fusion und Nutzung von Mobilitäts-,
Verkehrs- und Logistikdaten untersuchen und erproben.

Die FlowPro-Projektpartner analysieren in der Mikrologistik bis zur
Losgröße 1 den flexiblen, auf Künstlicher Intelligenz basierten Einsatz
dezentral organisierter, boden- und luftgebundener autonomer
Fördereinheiten: Dem Wunsch der Kundschaft - weg von der Massenware hin zu
individualisierten Produkten - wird hier Rechnung getragen.

Die Herausforderungen der Logistik-Branche

Mit dem Einzug der Digitalisierung in Wirtschaft und Industrie sind
Lösungen in der Logistik gefragt, die in der Lage sind, nicht nur
Massenware, sondern immer kleinere Stückmengen und Losgrößen zu
transportieren. Heutige, konventionelle Logistiksysteme sind für diese
zukünftigen Anforderungen nicht ausgelegt, da diese mit hohen Kosten
verbunden und wenig flexibel sind. Des Weiteren spielen auch
Umweltfaktoren eine Rolle: Die Verkehrsnetze werden vorwiegend neben dem
Individualverkehr durch die unternehmerische Logistik belastet.

„FlowPro“ entwickelt ein auf Künstlicher Intelligenz basierendes
Logistiknetzwerk, das sich selbst organisiert. Es ermöglicht die
Mikromobilität von Waren in Industrieparks und optimiert die Intralogistik
unternehmensübergreifend auf dem Land- und Luftweg. Zum einen werden
kleine Warenmengen ohne Wartezeit und, ohne auf eine vollständige Beladung
für einen LKW zu warten, zusammengestellt und angeliefert. Zum anderen
zählen auch sogenannte Notlieferungen zu den Anwendungsfällen der
Mikromobilität. Um ein Beispiel zu nennen: In einer Produktion kann es
leicht zu Produktionsstillständen kommen, wenn scheinbar „unwichtige“
Teile für eine Montage fehlen wie z.B. eine kleine Schraube. In einem
derartigen Notfallszenario wäre eine mögliche Lösung: z.B. diese fehlende
Schraube von einem anderen Standort mit einem Taxi oder gar einem
Helikopter direkt ans Produktionsband zu transportieren. In so einem
Szenario können sehr hohe Notfalltransportkosten entstehen. An dieser
Stelle setzt FlowPro an.

In Kooperation werden verschiedene Transporteinheiten wie fahrerlose
Transportsysteme (FTS) und Multicopter-Drohnen weiterentwickelt, um in
unterschiedlichen Netzwerken einzelne, technologische Systemgrenzen zu
überwinden.

Die Logistikeinheiten „kommunizieren“ untereinander, um über ein KI-
gestütztes Angebotssystem die geeigneten Kandidatinnen und Kandidaten für
die anfallenden Transportaufträge zu ermitteln. Der KI-Service soll so
aufgebaut werden, dass alle Kenngrößen im Logistiknetzwerk (wie z.B.
Verkehrsdaten, Umwelteinflüsse,..) die Strategien der beteiligten
Unternehmen einbeziehen und so lokale und globale logistische Ziele (wie
z.B. geringere Kosten, Emissionsreduktion, kürzere Lieferzeiten
Auslastungssteigerung) erreicht werden können.

Dabei soll es jederzeit möglich sein, weitere Transporteinheiten
einzubinden, eigene Einheiten gegen Gebühr zur Verfügung zu stellen und
somit logistische Ziele für alle Beteiligten zu optimieren. Ziel des
Projektes ist es, innerhalb von 5G- Testumgebungen ein dezentrales,
selbstlernendes Logistiknetzwerk mit boden- und luftgebundenen autonomen
Transporteinheiten bereitzustellen, um parallel den Bedürfnissen der
Unternehmen sowie den Wünschen der Kundschaft in der Lieferkette der
Zukunft gerecht zu werden.

„Flow Pro“

Beteiligt am Verbundvorhaben „FlowPro“ sind folgende Partner:
o       Emqopter GmbH
o       Hochschule Würzburg-Schweinfurt
o       Flexus AG
o       Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes
o       InSystems Automation GmbH - ASTI Mobile Robotics
o       Siemens AG

Die Projektlaufzeit erstreckt sich vom 1. Juli 2020 bis zum 30. Juni 2023.
Beschäftigt werden im FHWS-Institut Digital Engineering unter der Leitung
von Professor Dr. Christian Bachmeir drei wissenschaftliche
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie eine studentische Hilfskraft.
Arbeitsschwerpunkte der FHWS liegen in den Bereichen Security und KI.

Über den mFUND des BMVI

Im Rahmen der Forschungsinitiative mFUND fördert das BMVI seit 2016
Forschungs- und Entwicklungsprojekte rund um datenbasierte digitale
Anwendungen für die Mobilität 4.0. Neben der finanziellen Förderung
unterstützt der mFUND mit verschiedenen Veranstaltungsformaten die
Vernetzung zwischen Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Forschung sowie
den Zugang zum Datenportal mCLOUD.

Wenn die Motoren röhren und die Piloten bei 250 Stundenkilometer und mehr in ihren Boliden um jeden Zentimeter kämpfen, ist Lirim Zendeli in seinem Element. Der Rennfahrer aus Bochum, der sich seit seiner Kindheit dem Motorsport verschrieben hat, ist auf dem besten Wege, sein Traumziel zu erreichen – den Aufstieg in die Formel 1.

Der 20 Jahre alte Zendeli, der mit zehn Jahren die ersten Runden im Kart gedreht hatte und bereits 2013 als dritter bei den ADAC Kart-Meisterschaften auf dem Podium stand, ehe er im Folgejahr den Titel holte, gilt als eines der vielversprechendsten Talente aus Deutschland.

2018 wurde er mit zehn Siegen in 21 Rennen Meister in der Formel 4 und stieg daraufhin in die Formel 3 auf – die inoffizielle Vorbereitungsklasse für die Formel 1. Zwar fehlt ihm dort derzeit noch ein Sieg, aber Zendelis fahrerisches Talent hat das Trident-Team dazu gebracht, ihn 2020 von Charouz Racing Systems wegzulocken. Trident gehörte in der vergangenen Saison mit 134 Zählern in der Teamwertung zu den Top vier unter den Teams in der Formel 3.

Von der F3 ganz an die Spitze ist ein Ziel, das den Bochumer mit Legenden des Motorsports verbindet. Michael Schumacher, der mit 91 Siegen in 307 Grand Prix und 68 Pole Positions der erfolgreichste Formel 1 Fahrer aller Zeiten ist, fing 1989 in der Formel 3 an und holte 1990 den Titel. Schlagzeilen machte er dort außer durch sein Ausnahmetalent vor allem durch seinen umstrittenen Sieg beim Grand Prix von Macau, bei dem er seinen Rivalen Mika Häkkinen blockiert und so eine Kollision verursacht hatte.

Der Große Preis von Macau ist das berühmteste Rennen der Formel 3. Das Rennen wurde erstmals 1983 ausgetragen und der erste Champion von Macau war Ayrton Senna. Der Brasilianer, der wie Schumacher zu den Legenden des Sports gehört, holte drei Weltmeistertitel, ehe er 1994 in Imola beim Großen Preis von San Marino in einer Kurve von der Fahrbahn abkam. Beim Aufprall gegen die Seitenbegrenzung riss sich ein Vorderrad los. Eine Strebe der Radaufhängung bohrte sich in Sennas Helm. Der 34 Jahre alte Rennfahrer starb Stunden später im Krankenhaus.

Die Tragödie von Imola führte zu Veränderungen in der Formel 1, die die Rennen sicherer gemacht haben.

Schumacher, der in Imola nur wenige Sekunden hinter Senna lag, übernahm dessen Krone. Er wurde 1994 und 1995 Weltmeister. Von 2000 bis 2004 blieb er sogar ununterbrochen die Nummer eins in der Königsklasse.

Diesem Rekord wird nur der Brite Lewis Hamilton gefährlich. Der Mercedes-Pilot hat es mittlerweile auf sechs Weltmeistertitel, darunter drei Titel in Folge, gebracht. Auch auf der Liste der erfolgreichsten Fahrer liegt der 35-jährige auf Platz zwei. Was die Pole-Positionen anbelangt, hat er Schumacher mit 88 Poles bereits überholt. 63 Siege in 213 Grand Prix hat Hamilton verbucht. Als bester noch aktiver deutscher liegt Sebastian Vettel auf Platz vier unter den ewigen Top 10. Wenn es nach Zendeli geht, wird er Vettel bald in der Formel 1 Gesellschaft leisten. Eine gute Platzierung in Macau, dem letzten Grand Prix der Formel 3-Saison im November, wäre ein vielversprechender Anfang. Nach dem ersten Rennen liegt er auf Platz 7.

Beim klimaneutralen Laden von Elektrofahrzeugen gibt es eine
versorgungsbedingte Herausforderung: Regenerativer Strom aus Wind- und
Sonnenenergie ist nicht durchgehend in den erforderlichen Mengen
verfügbar. Zwischenspeicher und intelligente Systeme, die Lademengen
möglichst exakt vorhersagen, sollen die Umweltbilanz und den Nutzerkomfort
der Elektromobilität steigern und so die Verkehrswende unterstützen. Ein
entsprechendes Gesamtkonzept hat das Verbundprojekt OptiCharge PLUS im
Blick. Aufgabe der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) als
Forschungspartner ist es, eine cloudbasierte Lösung für ein
angebotsgesteuertes Ladungsmanagement zu entwickeln.

Als Forschungsplattform steht eine regenerativ versorgte,
speichergestützte Ladeinfrastruktur zur Verfügung. Diese besteht aus einer
Photovoltaik-Anlage als Energiequelle, einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie
als Energiespeicher und vier Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Alle
Komponenten sind über ein IT-gestütztes Energiemanagementsystem verknüpft
und mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet. Im Rahmen von OptiCharge
PLUS wird die bestehende Plattform weiterentwickelt und unter anderem mit
künstlicher Intelligenz ausgestattet, um die gespeicherte Sonnenergie noch
effizienter zu nutzen und Versorgungslücken zu reduzieren.

„Wir haben uns im Vorgängerprojekt angeschaut, wie sich Angebot und
Nachfrage an regenerativen Energien bei einer Flotte von Dienstfahrzeugen
möglichst deckungsgleich bringen lassen“, erläutert Daniel Görges, der das
Fachgebiet für Elektromobilität an der TUK vertritt. „Fazit war, dass es
nicht ausreicht, die benötigte Lademenge nur anhand von Parametern wie dem
Durchschnittsverbrauch der Fahrzeuge und der geplanten Fahrstrecke zu
berechnen sowie zusätzlich einen zeitlichen Sicherheitspuffer für das
Laden vorzuhalten. Wenn es um eine effiziente Auslastung der
Fahrzeugflotte und das wirtschaftliche Haushalten mit Ladestrom geht,
müssen wir weitere Aspekte berücksichtigen.“ Genau hier setzt der Beitrag
der TUK im aktuellen Verbundprojekt OptiCharge PLUS an. Die Forschenden
vernetzen das Buchungssystem für die Elektrofahrzeuge mit dem Internet of
Things und erschließen somit online zugängliche Informationsquellen.
Daniel Görges: „Wenn ein Dienstfahrzeug gebucht wird, ziehen wir künftig
das Fahrziel zur Vorhersage heran. Anhand von individuellen
streckenbezogenen Parametern wie etwa topographischen Daten und Hinweisen
zur Verkehrssituation, die wir über das Internet erhalten, können wir den
zu erwartenden Energiebedarf letztlich viel exakter bestimmen.“

Über OptiCharge PLUS
Im Rahmen von OptiCharge PLUS arbeiten insgesamt drei Forschungspartner
und zwei Industrieunternehmen zusammen. Die Gesamtprojektleitung hat die
IZES gGmbH in Saarbrücken inne. Deren weitere Aufgabe ist es, ein
Planungstool zu entwickeln, um die Nutzung des Gesamtkonzepts
mittelfristig in die Praxis zu überführen. Ebenso verantwortet IZES den
Umbau, den Betrieb sowie die wissenschaftliche Begleitung der
Gesamtanlage. Die Universität des Saarlandes (Transferzentrum Nachhaltige
Elektrochemie, Prof. Rolf Hempelmann) beschäftigt sich mit der
Verbesserung des Batteriespeichers auf elektrochemischer Ebene,
insbesondere durch die Entwicklung von Elektrolytzusätzen. Auf Systemebene
wird der Batteriespeicher durch die Firma Schmid Energy Systems GmbH mit
Sitz in Freudenstadt optimiert. Dabei geht es nicht allein darum, die
verschiedenen Betriebszustände zu verbessern, sondern auch den Speicher
und damit die Gesamtanlage inselnetzfähig zu machen. Die Freiburger Trumpf
Hüttinger GmbH + Co. KG liefert hierzu die passende Leistungselektronik
und bindet diese in das Internet of Things ein.

Das Projekt wird im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) unter dem
Förderkennzeichen 03ETE021A-E gefördert. Die Projektbegleitung erfolgt
durch den Projektträger Jülich (PtJ). Ein Expertengremium begleitet das
Forschungsvorhaben und trägt so dazu bei, dass die Ergebnisse einem
breiten Kreis an Interessenten zur Verfügung gestellt werden.

Weiterführende Informationen sind einsehbar unter: www.projekt-
opticharge.de