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Teams

 

Die folgenden 10 Teams wurden für den Wettbewerb 2017 zugelassen:

RWTH Aachen University: caRWTH

Malte Becker, Ina Machleid, Tristan Geißler, Dustin Roedder, Björn Grandke

Durch das große Interesse der Automobilbranche immer effizientere Motoren zu bauen, gewinnt die Abgasnachbehandlung signifikant an Bedeutung. Dabei hat sich der Turbolader zur Effizienzsteigerung durchgesetzt. Dieser nutzt die Energie der Verbrennungsabgase, um den Motor mit mehr Sauerstoff aus der Umgebung zu versorgen.

Inspiriert durch die Idee des Turboladers ist unser Konzept entstanden: Die Energiegewinnung aus einem Gasstrom.

Das Herzstück unseres Konzepts bildet eine Peltonturbine. Diese klassische Turbinenart nutzt üblicherweise die Bewegungsenergie von Wasser zur Energiegewinnung. Unser Anreiz ist es, diese Turbinenart mit Gas anstelle von Wasser zu betreiben.

Als Reaktion dient die katalytische Zersetzung von Wasserstoffperoxid (H2O2), bei der das thermodynamisch instabile Wasserstoffperoxid zu Wasser (H2O) und Sauerstoff (O2) zerfällt.

Das bei der Reaktion freigesetzte Produktgas wird bis zu einem definierten Arbeitsdruck in einem System bestehend aus Reaktor und Druckbehälter aufgestaut, in einer Düse beschleunigt und in der Peltonturbine entspannt. Die hohe Turbinendrehzahl wird anschließend durch ein Getriebe mit einer konstanten Übersetzung reduziert, um ein ausreichend großes Drehmoment an der Antriebswelle bereitzustellen.

RWTH

 

TU Berlin: Chem-e--leon

Daniel Friese, Martin Bornemann, Dimitrios Georgakis Gavrilis, Johannes Sutter, André Kielholz

Unser Team der TU Berlin hat sich aufgrund der Zukunftsrelevanz stationärer Energiespeicher in der Energiewende für eine Redox-Flow-Batterie als elektrische Antriebsquelle entschieden. Die Besonderheit dieses elektrochemischen Energiespeichers besteht darin, dass die Redox-Paare beider Halbzellen in einem Lösungsmittel in gelöster Form vorliegen und so aus beliebig skalierbaren Vorratsbehältern durch die Halbzellen der Batterie gepumpt werden können.

Berlin

Aus der Verschaltung mehrerer Halbzellen entsteht ein Stack welcher die elektrische Energie für einen Elektromotor zur Verfügung stellt. Das Anhalten des Chem-e--leon erfolgt über die Entladung der Batterie unterhalb der Grenzspannung des Elektromotors, wobei über den Ladungszustand der Batterie (Leerlaufspannung) die gewünschte Strecke erreicht werden soll.

Die ablaufenden elektrochemischen Reaktionen des Fe/V-Redoxpaares lauten:

Laden: Anode: Fe2+ → Fe3+ + e- Entladen: Anode: V2+ → V3+ + e-
Kathode: V3+ + e- → V2+ Kathode: Fe3+ + e- → Fe2+

Unser Teamname Chem-e--leon rührt vom auffälligen Farbwechsel der beiden Elektrolyte durch Oxidation und Reduktion her.

Bildquelle: Tübke, Jens ; Fischer, Peter ; Noack, Jens: Redox-Flow-Batterien als stationäre Energiespeicher - Stand und Perspektiven. Fraunhofer Institut für Chemische Technologie, 2014

Universität Bremen: Bremobil

Maximilian Bär, Boris Butakow, Juia Fuhrmann, Vitali Gensa, Steffen Schwede

Eines der größten Probleme in der heutigen Automobilbranche ist die Energiewende. Denn mit ihr sollen die Verbrenner gehen. Derzeit arbeiten alle großen Hersteller an Elektroautos, die alle mit einer Lithium-Ionen-Batterie angetrieben werden. Das größte Problem dabei ist die Reichweite, denn diese soll vergleichbar sein wie bei den Verbrennern. Hier stoßen die Lithium-Ionen-Batterien an ihre Grenzen, denn ihre Energiedichte ist zu gering.

Auf der Suche nach einer erfolgsversprechenden Lösung für das Problem der Energiedichte, sind wir auf die Magnesium-Luft-Batterie gestoßen. Diese ist nämlich um das Fünffache größer, wie die Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie. Ein weiteres Problem der Automobilhersteller ist zudem die umweltfreundliche Herstellung der Batterien. Denn um eine Batterie für das Elektroauto herzustellen, ist Kobalt erforderlich. Das Problem: Kobalt ist nicht nur ein sehr seltener Rohstoff, der größte Bestand des Rohstoffes liegt auch in den politisch instabilen Ländern wie Sambia oder dem Kongo. Auch kann die Lithium-Ionen-Batterie sehr schlecht recycelt werden. Des Weiteren entstehen nicht nur bei der Herstellung Abgase, sondern auch bei der Fahrt selber. In Deutschland wird der Strom nämlich nicht nur aus regenerativen Quellen bezogen. Bei der Herstellung fallen dann Abgase bei dem Transport und in der Raffinerie selber an. Das IFEU in Heidelberg hat ungefähre Zahlen herausgegeben, wie viel CO2 ein Elektroauto bis jetzt produziert. Demnach verbraucht ein Elektroauto bei der Herstellung rund 140 kg CO2 pro kWh Batteriekapazität und bei der Fahrt rund 200g CO2 pro Kilometer. Zwar kann man an der derzeitigen Stromsituation wenig ändern, dennoch hat die Magnesium-Luft-Zelle einige Vorteile gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie. Magnesium ist im Gegensatz zu Lithium oder Kobalt nämlich ein Element, das noch in großen Mengen zugänglich und günstig ist. Alle Komponenten sind zusätzlich recycelbar. Des Weiteren kann die Batterie, wenn sie verbraucht ist, gefahrlos entsorgt werden und ist durch Austausch des Magnesiums erneut wieder verwertbar.

Doch wie funktioniert sie eigentlich?

Magnesium reagiert mit Hydroxidionen zu einem Magnesiumhydroxid.

2 Mg + O2 + 2 H2O 2 Mg(OH)2

Bremen_1

Den Sauerstoff beziehen wir aus der Luft und führen die Luft durch eine Spritze kontrolliert dem Magnesium zu. Dabei werden Elektronen frei, welche wir nutzen um einen Motor elektrisch zu betreiben. Der Elektromotor gibt dann seine kinetische Energie an die Räder weiter. Um die gewünschte Leistung zu erbringen, benutzen wir ein Stack aus mehreren Magnesium-Luft-Batterien. Durch kontrollierte Luftzufuhr können wir ein genaues Erreichen des Ziels ansteuern.

Unser Bremobil zeichnet sich durch seine Leichtbauweise, einer zukunftsträchtigen Technologie und seiner Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit aus.

Bremen_2

 

TU Clausthal: Phoenix17.ZiP

Caroline Otto, Annika Henke, Estela Alvarez Fernandez, Ulrike Kruse

Der Phoenix17.ZiP wird mittels zweier Zink-Kaliumhexacyanoferrat-Batterien  in Reihe angetrieben, die zusammen eine Leerlauf-Spannung von etwa 3,6 Volt liefern und damit einen Elektromotor antreiben. Um das ChemCar zu stoppen, ist dem Elektromotor eine Stoppzelle vorgeschaltet. In dieser geht durch den elektrischen Strom Kupfer von einer im Vorfeld mit Kupfer überzogenen Bleielektrode in eine Kupfersulfat-Lösung über. Nach einer Zeit liegt die Bleielektrode frei, sodass schnell eine hohe Überspannung gegen die Sauerstoffbildung entsteht und der Batteriespannung entgegenwirkt. Der Elektromotor stellt seinen Betrieb ein und das ChemCar bleibt stehen.

CLZ2

Antriebsreaktion:

Zn + 2 Fe(CN)6 3- → Zn2+ + 2 Fe(CN)6 4-

 

 

 

 

CLZ1

 

TU Dortmund: Schrumpfschlumpf

Jan Felix Dräger-Gillessen, Marc Enger, Sam Körner, Timo Lauber, Frauke Rest, Patrick Tillmann, Hannah Weber

This year’s concept of TU Dortmund’s ChemCar is based on a combination of an exothermic reaction and the shape memory effect of a self-made polymer (ethylene-octene copolymer 8100). The shape memory effect can be divided into two steps: In the first one the polymer is transferred from an initial (permanent) shape into a transition shape, storing the applied energy (programming phase). This is a metastable state known as the temporary state. The second step describes the recovery back to the permanent shape, which also releases the stored energy (triggering phase). By heating up the polymer to a specific temperature range (40 to 80°C) the plastically deformed polymer stripe triggers back to its initial shape. The shrinking of the polymer is used as an impulse for the ChemCar.

The energy for the heating up is supplied by an exothermic reaction that is used to evaporate water. The produced steam passes a chimney on top of the reaction vessel, where the polymer stripe is fixed leading to a shrinking of the polymer and thus a moving of the ChemCar. As exothermic reaction sodium thiosulfate reacts with the suitable oxidizing agent hydrogen peroxide.

S2O32- + 4 H2O2 → 2 SO42- + 3 H2O + ΔHR

To kick-start the reaction a fixed volume of hydrogen peroxide is immediately added in the reaction tank on start-up. To maintain the reaction for the duration of the run, a constant amount of hydrogen peroxide is precisely dosed to the reaction tank.

The desired driving distance will be adjusted by the amount of the reactants. Hydrogen peroxide is added to the storage tanks and sodium thiosulfate to the reaction tank. The polymer programming will be kept constant independent of the driving distance.

DO

 

HAW Hamburg: Die ChemCardashians

Malte Ahrberg, Janek Doerfling, Celina Csilla Hermann, Merrit Kuder, Ole Schenzle, Björn Warncke, Heike Westphal

Im Rahmen des ChemCar Projektes hat sich das Team „Die ChemCardashians“ der HAW Hamburg ein Konzept überlegt, bei dem die Wärme einer chemischen Reaktion über thermoelektrische Effekte in mechanische Energie umgesetzt wird.

Die Basis des Konzepts ist der Seebeck-Effekt. Hierfür werden Peltier-Elemente genutzt, die eine anliegende Temperaturdifferenz direkt in Gleichspannung umwandeln.

Um eine möglichst hohe Temperaturdifferenz zu erhalten, befindet sich auf der einen Seite des Peltier-Elements eine Kältemischung aus Calciumchlorid-Hexahydrat und Eiswasser.

Auf der gegenüberliegenden Seite läuft die exotherme Reaktion von Phosphorpentoxid mit Wasser ab. Durch die Menge an Edukten werden der Wärmefluss und die Temperatur beeinflusst, wodurch die zu fahrende Strecke des Fahrzeugs reguliert wird.

Reaktionsgleichung:

HAW_Rkt

Proportional variieren die elektrische Spannung sowie der Strom. Der generierte Gleichstrom treibt nun den elektrischen Motor an und setzt das Fahrzeug in Bewegung.

Um das Auto zu bremsen, wird die Temperatur der kalten Seite erhöht. Dies geschieht über einen eingebauten Wärmetauscher, der die Kältemischung mit dem frei werdenden Wasserdampf der exothermen Reaktion erwärmt. Hierfür führen Rohre aus dem warmen Behälter in die Kammer mit der Kältemischung.

HAW

 

Universidad de Ingeniería y Tecnología (UTEC): Antawa Peru

Nolver Huaman, Víctor Arrascue, Hans Figueroa, Ricardo Gonzales, Gustavo Cano, Juan Carlos Rodríguez

The team of Antawa Peru of the University of Engineering and Technology (UTEC) has developed a ChemCar, which uses an exothermic and an endothermic reaction. The structure of our design is cylindrical with 2 compartments and in the middle of these, there are the peltier plates. On the inner side the exothermic reaction goes and on the outer, the endothermic reaction. The difference in temperature generated by these chemical reactions is converted into electrical energy to drive a motor that is achieved with the use of peltier elements, according to the Seebeck effect, causing the movement of our car. The advantages of obtaining energy through this method are its low cost and its minimal impact on the environment. The car will stop when the temperature difference is too small for the peltier elements to produce enough electrical power to rotate the electric motor. The stopping point is controlled stoichiometrically. Finally, the peculiarity of this concept is that it combines the generation of propulsion power of our ChemCar with the generation of products of industrial value.

Peru

 

Lodz University of Technology: Oktan

Maria Zakrzewska, Marcin Błaszczyk, Igor Jatczak, Kinga Mikołajczyk, Paulina Pędziwiatr, Mateusz Stecki, Dawid Zawadzki 

The concept of student scientific association Oktan is a vehicle powered by Peltiers modules. Our vehicle consists of two tanks – the decomposition of hydrogen peroxide occurs in one of them made out of aluminium and the second one, made out of plastic, filled with water and ice what allows to keep stable temperature equal 0°C. Peltiers modules are placed between the tanks. They transform obtained heat difference into electric energy utilizing thermoelectric effect.

Lodz

The heat generating reaction is decomposition of hydrogen peroxide catalysed by iron (III) nitrate and activated carbon. Two catalysts are used since iron (III) nitrate helps to achieve higher temperature but generated heat escapes quite rapidly while the activated carbon allows to keep the heat level fixed. The decomposition of hydrogen peroxide proceed according to the following formula: Lodz_Rkt

 Gases obtained in the reaction are drained from the reaction tank, so there is no rising pressure in the tank.

The stopping mechanism is based on the decomposition of hydrogen peroxide - which is also a reaction that generates heat to power the vehicle. When there is no hydrogen peroxide left, the heat is no longer produced and the temperature difference is not big enough to power the engine.

 

DHBW Mannheim: Zero

Paul Hell, Maik Kunkel, Ruben Zeman-Zachar, Fabian Wagner, Hannah Feldmann, David Gleich, Marcus Neubert

Das Team „Zero“  der DHBW Mannheim startet dieses Jahr mit einem Miniplant-Design in das ChemCar-Rennen. Das Design wird durch Komponenten aus dem Bereich des 3D-Drucks ergänzt. Aluminiumprofile bilden das Gerüst des Fahrzeugs, woran Edelstahlbehälter, ein Pneumatik-Motor und Sichtscheiben befestigt werden. Die Sichtscheiben aus Plexiglas gewährleisten einen Blick auf alle Komponenten und schützen gleichzeitig vor erhitzten Bauteilen.

DHBW

Für den Antrieb des ChemCars wurde die Zersetzung von Wasserstoffperoxid in Anwesenheit von Eisenchlorid ausgewählt.

2 H2O2(l) → 2 H2O(l) + O2(g)

So wird flüssiges Wasserstoffperoxid über ein Regelventil in den Reaktionsbehälter zugegeben und zersetzt sich dort durch das vorgelegte Eisenchlorid zu Wasser und Sauerstoff. Der freiwerdende gasförmige Sauerstoff erhöht den Druck im System und treibt den Pneumatik-Motor an. Die Rotationsenergie wird über einen Zahnriemen auf die Welle übertragen, die bestückt mit den 3D-gedruckten Reifen für Vorschub sorgt.

Aufgrund der ungefährlichen Zersetzungsprodukte Wasser und Sauerstoff handelt es sich um eine sehr sichere Reaktion, welche vollständig und schnell abläuft. Diese Eigenschaften garantieren einen reproduzierbaren und kontrollierten Reaktionsverlauf, was eine präzise Abschätzung der benötigten Edukte für die Rennstrecke ermöglicht.

 

Islamic Azad University, Najafabad Branch: REXON

Faramarz Dehdar, Daniel Omidghaemi, Mehran Teymouri, Benyamin Yousefi, Reza Mahzooni, Mohammad Oftadeh

The Ni-Zn battery is very safe environmentally for saving energy. This battery has a good specific energy and capable for electric vehicles. Nano technology is good choice for controlling of reaction because solid nanoparticle can participate on reaction completely and after end of reaction we haven’t any unreacted solid particle. Therefore, we can use from electrochemical energy of solid reactant on cell rapidly and completely. In this system, the Ni-Zn battery provides enough electrical energy for running the electrical motors. Nickel hydroxide (Ni(OH)2) and calcium zincate (Ca(Zn(OH)3)2) in nano size was synthesized by ultrasonic method. This method can provide better participation of solid particle in the reaction and it means more energy density in the weight of battery.

The system contains handmade Ni-Zn rechargeable battery as power source, two electrical motors for converting electrical energy to movement force and Plexiglas body. When concentration of reagents at two electrodes are become zero, the voltage and amper of cell will be zero and the motors will stop working.

Anodic discharge reaction:

Zn + 2OH- → Zn(OH)2 + 2e-                                                                                            E0 = -1.24 V

Cathodic discharge reaction:

2NiOOH + 2H2O + 2e- → 2Ni(OH)2 +2OH-                                                                      E0 = 0.49 V

Overall reaction:

Zn +2NiOOH + 2H2O→ Zn(OH)2 + 2Ni(OH)2                                                                    E = 1.73 V

 Iran