Elektrochemisch zum Ziel

ChemCar 2016: Die Alunauten und ihr siegreiches Konzept

  • Teilnehmer und SponsorenTeilnehmer und Sponsoren
  • Teilnehmer und Sponsoren
  •  Das „AlunautenMobiL“ des Teams der TU Clausthal bei der Messung.
  • Darstellung der einzelnen Zellreaktionen.
  • CAD-Darstellung des Zellaufbaus
  • CAD-Darstellung des Befüllsystems
  • Spannung bei den Teams hinter den Kulissen.
  • Freude über die Punktlandung im Rennen beim Team Oktan der TU Łódź …
  • und Freude beim Gewinnerteam nach der Gesamtwertung. „Die Alunauten“ v.l.n.r.: David Franzen,  David Keppler, Lisa Brückner, Sven Kynast, Jens Grabow und Isabelle Kroner.

Ein durchdachtes elektrochemisches Konzept und ein 2. Platz auf der „Rennstrecke“ brachten dem Team der TU Clausthal mit ihrem „AlunautenMobil“ den Gesamtsieg.

Bereits seit elf Jahren wird der ChemCar-Wettbewerb von den kreativen jungen Verfahrens­ingenieuren (kjVI), der VDI-GVC und der Dechema veranstaltet. Nicht die Schnelligkeit entscheidet über den Sieg, sondern wie genau die ausgeloste Strecke über 15 m mit einem Zusatzgewicht von 30 % des Fahrzeugeigengewichts gefahren werden kann. Ebenso wichtig für den Gesamtsieg sind Sicherheit, ein innovatives Konzept für den (bio-)chemischen Antrieb sowie eine erfolgreiche Posterpräsentation vor der Jury.
Das Team der TU Clausthal „Die Alunauten“, das aus Masterstudenten der Verfahrenstechnik und des Chemieingenieurwesens besteht, hatte sich zur Aufgabe gesetzt, ihr ChemCar mit einer elektrochemischen Batterie zu betreiben. Betreut wurde das Team von Prof. Dr.-Ing. Ulrich Kunz vom Institut für Chemische und Elektrochemische Verfahrenstechnik (ICVT).

Reaktion
Im Rahmen der Konzeptfindung fiel die Wahl auf eine Aluminium-Kaliumhexacyanoferrat(III)-­Batterie, die sich, ähnlich einer Aluminium-­Luft-Batterie, die hohe Energiedichte des Aluminiums zu Nutze macht, gleichzeitig aber Kaliumhexacyanoferrat statt Luft als Oxidationsmittel nutzt.
Als Anode wird Aluminium genutzt, welches drei Elektronen abgibt, reduziert wird und in Lösung geht. Dort bildet sich Aluminiumhydroxid. An der Kathode wird das Eisen im Cyano-Komplex von Eisen(III)-Ionen zu Eisen(II)-­Ionen reduziert. Der Stromfluss zwischen den Elektroden treibt den Motor an.

Zellaufbau
Die Batteriezelle ermöglicht durch ihre innovative Bauweise eine ideale, gleichmäßige Leistungsabgabe an den Motor. Der Stack besteht aus zwei in Reihe geschalteten Zellen, die jeweils nach einem „Sandwich“-Konzept aufgebaut sind. So wird auf einfache Weise die Zellfläche verdoppelt.
Die damit verringerte nötige Stromdichte sorgt in Kombination mit einem sehr schmalen Elektrolytrahmen dafür, dass der Stofftransport keinen limitierenden Faktor darstellt und das Einstellen der Fahrtstrecke leichter wird.

Start- und Bremsmechanismus
Zum Starten wird die Zelle mit Elektrolyt befüllt.

Dieser wird zuvor in zwei Spritzen abgemessen und dann über Schläuche in die Zelle gepumpt. Der Pumpvorgang wird durch eine spezielle Halterung der Spritzen ermöglicht, die durch Gummibänder für den nötigen Druck sorgt und die Spritzen beim Öffnen einer zuvor geschlossenen Schlauchschelle entleert. Die Fahrstrecke des ChemCar lässt sich präzise über die Elektrolytmenge und dessen Konzentration einstellen, da die Zellspannung nach vollständigem Umsatz der Cyanoferrat(III)-Ionen nicht mehr zum Betrieb des Motors ausreicht.

Umwelt und Sicherheit
Das AlunautenMobil wird ohne giftige oder umweltgefährdende Chemikalien betrieben. Austretender Elektrolyt wird im Störfall in einer Auffangwanne gesammelt. Das offene Zelldesign verhindert einen Druckanstieg und die geringen Mengen an entstehendem Wasserstoff werden durch ein Belüftungssystem ausgetragen und verdünnt.

Der Wettbewerb
Beim ChemCar-Wettbewerb traten insgesamt sieben Teams gegeneinander an. Neben dem Team der TU Clausthal nahmen die Teams TU Łódź aus Polen, RWTH Aachen, Uni Bremen, TU Dortmund, HAW Hamburg und erstmalig ein Team der DHBW Mannheim teil. Das Highlight des ersten Wettkampftags war die Posterpräsentation, bei der die ChemCars der Jury vorgestellt wurden. Das Jurorenkomitee bestehend aus Vertretern der Industrie sowie Sponsoren des Wettkampfs, konnte die Teams in fünf verschiedenen Kategorien bewerten. Ein besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Aspekt der Innovation, vor allem im Bereich der chemischen Antriebsreaktion.
Am zweiten Tag eröffnete das Team „Oktan“ der TU Łódź das ChemCar-Rennen mit einer Punktlandung mit nur 5 cm Abweichung zur gelosten Zieldistanz von 15,00 m und ging somit direkt in Führung. Die TU Clausthal fuhr mit ihrem ChemCar 15,70 m und damit auf Platz 2, dicht gefolgt vom Team „Rwthari“ aus Aachen (14,28 m). Diese drei Teams konnten sich Bonuspunkte sichern, da sie in beiden Fahrten eine Abweichung von maximal 10 % erreichten. Die Moderatoren, Professor Andrezej Górak,TU Dortmund und Professor ­Thomas Turek, TU Claustal, sorgten für die passende Stimmung bei den Zuschauern.
Erst am Abend wurden im Rahmen des Conference Dinners die Ergebnisse der Posterpräsentation sowie die Bewertung durch die Sicherheitsingenieure von Inburex bekannt gegeben. Obwohl das Rennen den Löwenanteil der Gesamtbewertung ausmachte, konnten „Die Alunauten“ der TU Clausthal durch ihr innovatives Konzept rundum überzeugen, überholten das Team der TU Łódź und sicherten sich so den beliebten ChemCar-Pokal und das Preisgeld. Den 2. Platz belegte somit das Team „Oktan“ der TU Łódź und Platz 3 ging an ­„Rwthari“ der RWTH Aachen.
Der ChemCar-Wettbewerb 2016 wurde finanziell unterstützt von: BASF, Bayer, Covestro, Evonik Industries, Inburex Consulting, InfraServ Knapsack, Lanxess, Merck, Lonza Group sowie 4Könige Full Service Medienagentur.

Kontaktieren

VDI e.V. Ges. Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen
Postfach: 101139
40002 Düsseldorf
Germany

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