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Teams 2013

 

Die folgenden 9 Teams wurden durch die Jury für den Wettbewerb 2013 zugelassen:

TU Lodz: Oktan

Robert Filipczak, Adam Plachta, Bartosz Opara, Emilia Druse

Team Lodz

The OKTAN team started working with the ChemCar project from brainstorm, and we decided to use hydrogen peroxide and potassium permanganate as the reactants. The reaction is sudden and as a result produces a large amount of gas - steam and oxygen . The reaction runs as follows:

2MnO4-(aq) + 3H2O2(aq) -> 2MnO2(s) + 2H2O(aq+g)↑ + 3O2(g)↑ + 2OH-(aq)

The post-reaction gases are directed to the turbine plates which drive the car forward. That is the easy way to transform pressure energy into mechanical energy. Speed and range of the car can be adjusted by changing amount of applied reactants. For safety reasons, our car is equipped with two safety valves, to protect against out of control leakage or explosion. Fixture and fittings are made from stainless steel due to corrosivity of the reaction components. The decomposition of hydrogen peroxide generates environmentally friendly products as oxygen and water.


TU Braunschweig: BluB

Dirk Andersen, Julia Krüger, Gesa Westphalen

Team Braunschweig

Das Team der TU Braunschweig konzipiert ein ChemCar, das sich aufgrund der Verdrängung eines Fluids und der dadurch resultierenden Änderung des Schwerpunkts fortbewegt.
Ein Fahrzeug, das mit einer konventionellen Reaktion unkonventionell angetrieben wird.

Das ChemCar wird mit Hilfe einer Reaktion aus Zitronensäure, Natriumhydrogencarbonat und Wasser angetrieben. Das dabei entstehende Gas wird nach Erreichen eines bestimmten Druckes aus dem Reaktionsbehälter gleichmäßig in ein Schlauchsystem geleitet. Das Schlauchsystem enthält ein Fluid und befindet sich im Inneren zweier gegeneinander drehbar gelagerten Räder. Das produzierte Gas steigt aufgrund des Dichteunterschieds zum Fluid auf der Fahrrichtung abgewandten Seite des Schlauchsystems auf. Durch das Einströmen des Gases in das Schlauchsystem verlagert sich das Fluid im Schlauchsystem und verändert somit auch dessen Schwerpunkt. Es wird eine Schwerpunktverlagerung von der Rückseite auf die Vorderseite des ChemCars herbeigeführt. Diese Schwerpunktverlagerung führt zu einer Drehbewegung und das ChemCar beginnt zu rollen. Durch Druckausgleich wird die Schwerpunktverlagerung rückgängig gemacht.


Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Triple M

Christian Storf, Ruth Feuser, Tim Holtkamp, Tim Konath, Bavatharani Santhirakumaran, Huyen-Tram Tran

Team KIT

Das Team Triple M (Micro-Muscle-Mobile) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat ein ChemCar entwickelt, welches über die kontinuierliche Zersetzung einer Wasserstoffperoxid-Lösung  in einem Mikroreaktor mit Festbettkatalysator angetrieben wird. Der dabei entstehende Gasdruck treibt sogenannte Fluidic Muscles der Firma FESTO an, ein künstliches Muskel-Kontraktionssystem. Die so entstandene mechanische Energie wird dann auf eine Welle übertragen, die wiederrum die Räder antreibt.

Die chemische Reaktion läuft in einem Mikroreaktor ab, da dieser aufgrund der kontinuierlichen Prozessführung und des hohen Oberflächen/ Volumen- Verhältnisses einen besseren Wärme- und Stoffaustausch ermöglicht als herkömmliche Reaktoren und somit keine Hot Spots entstehen. Dadurch erreicht man eine hohe Effizienz bei der Umsetzung, sodass nur ein geringes Reaktantenvolumen benötigt wird. Obwohl die Reaktion stark exotherm ist, kann Sie im Mikroreaktor sicher gesteuert werden.

Zur Umsetzung der chemischen Energie in mechanische Energie werden Fluidic Muscles der Firma FESTO verwendet. Sie besitzen durch ihre schlanke Bauform ein ausgezeichnetes Masse- Leistungsverhältnis. So erzielen die Muskeln die zehnfache Kraft eines herkömmlichen Zylinders bei gleicher Größe.

Das Bremssystem basiert auf dem Auslaufen der Reaktion durch den limitierenden Reaktanten Wasserstoffperoxid. Da die Fluidic Muscles starr an die Antriebsachse gekoppelt sind, üben die Muskeln ohne Luftdruck eine Bremskraft entgegen der Rollbewegung aus.


FH Köln: Cologne Pistons

Sven Theus, Ali Islek, David Michel, Dominik Hagnbuchner, Tim Bisschopinck, Tinka Vogt

Team Koeln

"Einfachheit ist die höchste Stufe der Vollendung"

Leonardo da Vinci, 1452-1519

Das Team Cologne Pistons der Fachhochschule Köln hat sich diesen vor Jahrhunderten ausgesprochenen Satz als Leitmotiv für die Entwicklung des ChemCars genommen.
Im Vordergrund stand es eine kontrollierbare und ungefährliche Reaktion auszuwählen sowie eine rein mechanische und effiziente Antriebskonstruktion zu entwickeln.

Die Grundlage des ChemCars stellt die Reaktion von konzentrierter Essigsäure mit Natriumcarbonat dar. Die Fahrdistanz wird dabei über die stöchiometrisch begrenzende Komponente eingestellt.

Durch Öffnen der Kugelhähne, die sich zwischen den Vorlage- und Reaktionsbehältern befinden, wird die Reaktion eingeleitet. Das dabei entstehende Kohlenstoffdioxid strömt über Abscheider in die mechanisch betätigten 5-2-Wegeventile. Diese verteilen das Kohlenstoffdioxid auf die vier versetzt angeordneten Pneumatikzylinder. Die Nockenwelle verbindet die zwei Schwungscheiben und betätigt die 5-2-Wegeventile. Über einen Zahnriemen und zwei Zahnriemenscheiben wird die Bewegung auf die Antriebsachse übertragen und versetzt das ChemCar so in Bewegung.


TU Dortmund: Schaumschläger

Tobias Fritzensmeier, Martin Eilermann, Verena Hoppe, Matthäus Gasowski, Martin Peters, Christian Schwarz

Team Dortmund

In diesem Jahr hat das ChemCar-Team der TU Dortmund mit der Energiegewinnung durch die Volumenänderung eines Reaktionsgemisches durch eine Polymerreaktion einen außergewöhnlichen Antrieb entwickelt. Dabei sind die Polymerreaktion und besonders ihre zahlreichen Erzeugnisse allgegenwärtig. Auch aus diesem Grund hat sich das Team Schaumschläger das Ziel gesetzt, ein durch Polymerisation betriebenes ChemCar zu konstruieren.

Es wird eine Reaktion gewählt, bei der gleichzeitig ein Gas entsteht, was die Volumenänderung des Reaktionsgemisches zur Folge hat. Das Prinzip ähnelt dem von handelsüblichem Bauschaum. Um diese Expansion zu nutzen, läuft die Reaktion in einem Zylinder ab, bei der sie durch Verdrängung einen Kolben bewegt. Die Bewegung wird dann über eine Schnur auf die Antriebsachse umgelenkt und damit zur Fortbewegung des ChemCars genutzt.

Die zurückgelegte Strecke des ChemCars wird durch die Hubstrecke des Kolbens bestimmt. Je mehr Schaum entsteht, desto weiter fährt der Kolben aus und desto weiter fährt das ChemCar. Es handelt sich daher um ein rein mechanisches Konzept, bei der die frei werdende Volumenänderungsarbeit direkt auf die Antriebsachse übertragen wird.


TU Clausthal: TUC-Mobil

Thomas Jachim, Simone Fried, Bolong Jiang

Team Clausthal

Mit einem elektrochemischen Standardpotential von -3,05 V weist die elektrochemische Reaktion von Li zu Li+ des Lithium-Ionen-Akkumulators ideale Bedingungen für den Einsatz als Batteriespeicher auf. Außerdem zeichnet sich der Lithium-Ionen-Akkumulator durch eine hohe Zyklenstabilität aus. Aufgrund dieser Vorteile haben wir den Lithium-Ionen-Akkumulator als Energiequelle für das Antriebsaggregat unseres ChemCars ausgewählt. Die Funktionsweise des Lithium-Ionen-Akkumulators beruht auf einer beidseitigen Interkalation bzw. Deinterkalation von Lithium bzw. Perchlorat-Ionen in ein Graphitgitter. Unter Interkalation ist die Einlagerung von Atomen, Molekülen oder Ionen zwischen die Kristallgitterebenen von Schichtkristallen zu verstehen. Als Elektroden verwenden wir auf beiden Seiten Graphit. Der Elektrolyt ist eine Lösung aus Lithiumperchlorat als Lithiumsalz und Propylencarbonat als Lösemittel. Um die Graphitoberfläche und damit die Speicherkapazität zu erhöhen, setzen wir sowohl auf der Kathoden- als auch auf der Anodenseite im Elektrolytraum einen Graphitfilz ein, der in elektrischen Kontakt zur jeweiligen Graphitelektrode steht. Beide Graphitfilze sind durch ein dazwischengelegtes Filterpapier elektrisch voneinader isoliert. Als Rahmen um den Elektrolytraum dienen zwei aufeinandergelegte Dichtungen, die etwas dünner sind als die nicht zusammengedrückten Graphitfilze, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen den Graphitfilzen und den Graphitelektroden zu gewährleisten. Die Fahrtstrecke, die der ChemCar zurücklegen kann, ist abhängig vom Ladestrom und von der Ladezeit für die Batterie und kann demzufolge durch Variation dieser Parameter festgelegt werden.


TU Berlin: PemCar

Alexander Behr, Paul Krause, Alejandra Silva, Zarina Pawolek, Viktor Miruchna, Olivier Münch, Yves Großheim

Team Berlin1

Effizienz, Kontinuität und zugleich umweltschonender Aufbau waren die auschlaggebenden Entscheidungspunkte für eine Brennstoffzelle zur Energieerzeugung für das PemCar Team der TU Berlin unter Leitung von Prof. Dr. Schomäcker. Mit innovativem Katalysator und nach ausgefeilter Kalibrierung will das PemCar Team 2013 ins Rennen gehen.

Vier separate Brennstoffzellen bilden das Herzstück des Konzepts. Besonderer Mehrwert wird durch die Verwendung des innovativen Platin-Nickel Katalysator geboten, der von dem Arbeitskreis um Prof. Dr. Strasser der TU-Berlin neu entwickelt wurde. Besonders Merkmal des Katalysators ist der Geringanteil an verwendetem Platin bei dem strukturellen Aufbau. Es können dadurch 90 % des Edelmetalls bei der Produktion des Katalysators eingespart werden.  Die Produktivität und Abnutzung des Katalysators entspricht dem der herkömmlichen und ist dabei beim Neukauf nachhaltig attraktiver. 

Wie können diese 90 % Platin eingespart werden?

Team Berlin2

Das Geheimnis liegt in ihre Größe und Form. Zum einen ist der Katalysator sehr klein (etwa ein zehntausendstel des Durchmesser eines menschlichen Haares).  Das stärkere Merkmal bildet jedoch die oktaedrische Form, welche sich grundsätzlich von meist runden oder  würfelförmigen Katalysatoren abgrenzt. Die Metallatome sind zudem nicht gleichförmig verteilt.  Nickel bevorzugt die Oberflächenplätze in der Mitte der oktaedrischen Flächen, während das Platin die Kanten und Ecken bevorzugt. Dadurch kann die Katalysatorenleistung gegeben werden, und das mit 90% weniger Platin.


RWTH Aachen: CampusBahn

Torsten Beckmann, Karolin Bach, Lukas Mertens, Ole Osterthun, Maik Tepper, Florian Tran, Jingyu Xie

Team RWTH

Die CampusBahn, das ChemCar des Teams der RWTH Aachen, wird durch eine Gasreaktion angetrieben und funktioniert nach dem Prinzip einer Handhebeldraisine. Der Handhebel wird durch zwei gegenläufige Pneumatikzylinder bewegt, wobei die Steuerung der Zylinder durch eine Briggs-Rauscher-Reaktion realisiert ist.

Grundsätzlich kann die CampusBahn in zwei miteinander gekoppelte Baugruppen unterteilt werden, welche eine Antriebs- und eine Steuerungsfunktion implizieren. Der Antrieb wird durch eine Gasreaktion realisiert, welche wiederum direkt den Handhebel antreibt, der über ein starres Getriebe an die zwei Antriebswellen gekoppelt ist. Sobald das limitierende Edukt der Antriebsreaktion abreagiert ist, entfällt die treibende Kraft der CampusBahn. Die Ansteuerung der pneumatischen Zylinder zur Bewerkstelligung der oszillierenden Bewegung des Handhebels wird durch die optische Abtastung der Briggs-Rauscher-Reaktion initialisiert. Mithilfe einer gerichteten Lichtquelle und eines Dämmerungsschalters wird der intensive Farbwechsel der Reaktion in ein elektrisches Signal zur Steuerung der Ventile umgewandelt.

Die besondere Herausforderung unseres Konzeptes besteht in der Verknüpfung zweier Reaktionen. Da ein solches Konzept noch nie zuvor im ChemCar-Wettbewerb Anwendung gefunden hat, können wir uns damit stolz zu den Pionieren auf diesem Gebiet zählen.


Uni Bremen: BremChem

Fabian Pille, Sven Wittfoth, Bennet Brüns, Niklas Jüngst

Team Bremen_2

Das Team der Universität Bremen wird ein ChemCar entwickeln, welches eine Membran nutzt, um zwei Kammern voneinander zu trennen. Durch Gasexpansion in der einen Kammer wird so in der anderen Kammer Wasser verdrängt, welches mithilfe eines Impellers das ChemCar antreibt. Bei der Gasexpansion reagiert Natriumhydrogencarbonat (Backpulver) mit Essigsäure zu Natriumacetat und Kohlensäure. Die Kohlensäure zerfällt zu Wasser und Kohlenstoffdioxid.  

NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) -> Na+CH3COO-(aq)+ H2CO3(aq),

H2CO3(aq)-> H2O(l) + CO2(g).

Das dabei entstehende Kohlenstoffdioxid erzeugt eine Volumenvergrößerung, mithilfe derer die Membran gespannt wird und das Wasser auf der anderen Seite verdrängt wird. Das verdrängte Wasser gelangt über eine Düse auf einen Impeller, der von einem Gehäuse umgeben ist. Das auftreffende Wasser erzeugt eine Rotation des Impellers, die über ein Getriebe auf die Abtriebswelle übertragen wird und das Fahrzeug antreibt. Nach Abschluss der Reaktion wird kein weiteres Wasser mehr verdrängt, so dass das Fahrzeug über den Rollwiderstand zum Stehen kommt.

Großer Vorteil unseres Konzepts ist das geschlossene System, indem das erzeugte Gas nicht in die Umgebung ausgestoßen wird, sondern mithilfe der Membran Wasser verdrängt und dies für den Antrieb genutzt wird und hinter dem Impeller aufgefangen wird.