Konzeption, Entwurf, Herstellung, Montage, Prüfung, Diagnose, Analyse und Modellierung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren von Watt bis 100 kW, sowohl in Hochtemperatur-Keramik- (750°C) als auch in Raumtemperatur-Polymertechnologie (20-70°C), sowohl für natürliche als auch für erneuerbare Brennstoffe.
Forschungsthemen
1
Verständnis der langfristigen Haltbarkeit von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, Trennung und Quantifizierung der verschiedenen Prozesse der Leistungsverschlechterung mit der Zeit.
2
Entwurf, Herstellung und Bau von Brennstoffzellen-/Elektrolyseur-Komponenten und spezieller Testausrüstung, insbesondere für In-situ-Messungen.
3
Multi-Physik-Modellierung in mehreren Maßstäben, von mikrometrischen Grenzflächen bis hin zu kompletten Systemen, zur Unterstützung des Entwurfs (Achse 2) und des Leistungsverständnisses (Achse 1).
Unsere Schlüsselprojekte
Reversibel-CH4
Wir entwickeln eine vollständige Pilotanlage zur Demonstration der realen saisonalen Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen in Form von Methan, das in das Gasnetz eingespeist wird, unter Verwendung eines reversiblen Brennstoffzellen-/Elektrolyseursystems (10/30 kW) mit vernachlässigbaren Emissionen. Der Vollbetrieb wird für 2027 erwartet.
Ein neuartiger alkalischer Membran-Wasserelektrolyseur, der frei von kritischen Materialien ist und eine hohe Leistungsdichte (1 A/cm2, 5 kW/L) aufweist, wird in unserem Labor entwickelt und validiert.
Kanton VS GEM Inbetriebnahme
GREENHUB
Es werden spezielle Geräte entwickelt, um die Impedanz von Elektrolyseuren bei hohen Strömen (300 A) und Leistungen (20 kW) zu messen, um saubere Signale zu erhalten, die eine detaillierte Datenanalyse ermöglichen, und um die Ergebnisse mit Impedanzmessungen in kleinerem Maßstab im Labor zu verbinden.
Innosuisse-Flaggschiff SolydEra (VD)
Highlights
1
Unsere folgenden Ergebnisse wurden zum ersten Mal in der wissenschaftlichen Literatur veröffentlicht: – eine bahnbrechende Studie zum Vergleich von vier Elektrolyse-Technologien, die in der renommierten Zeitschrift Joule veröffentlicht wurde und schnell hoch zitiert wurde; – ein 3D-Modell einer Membran-Elektroden-Einheit eines alkalischen Elektrolyseurs; – die Messung eines reversiblen Brennstoffzellen-Elektrolyseur-Stapels mit räumlicher und zeitlicher Auflösung während eines mehrmonatigen Betriebs.
4 neue EU-Projekte wurden bewilligt, 3 davon in Zusammenarbeit mit HESSO. Alle Projekte erreichten eine Punktzahl von 14/15 und höher. Die Gesamterfolgsquote betrug 12%. Damit bleibt das GEM die Nummer 1 unter den Labors der EPFL bei den EU-Zuschüssen.
4
2 Patente angemeldet, 1 Start-up in Gründung
5
Aufnahme einer neuen Tätigkeit im Bereich der Biokatalyse zur Umwandlung von flüssigen Abwässern in Kraftstoffe unter Verwendung von auf Elektroden gezüchteten bakteriellen Katalysatoren. 16 im Jahr 2024 veröffentlichte Zeitschriftenartikel.
Team & talents
Größe des Laborteams
20 Mitglieder + 10 Masterstudenten + 3 Gast-Doktoranden Das GEM-Labor besteht zu 1/3 aus Doktoranden, 1/3 aus Wissenschaftlern und 1/3 aus Ingenieuren
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Sich die Hände schmutzig machen beim Bau und Testen von Geräten und spezifischer Charakterisierungsausrüstung. Das Gehirn überhitzen, um Software, die zugrunde liegende Mathematik und Programmiercode zu lernen.
Andere
Die Mitglieder des GEM-Teams lernen, selbst Verantwortung zu übernehmen, im Team zu arbeiten, Finanzmittel zu beschaffen, Netzwerke zu knüpfen, mit anderen akademischen und industriellen Einrichtungen zusammenzuarbeiten und die Notwendigkeit eines rechtlichen Rahmens zu erkennen.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Die Speicherung überschüssiger Elektrizität in Brennstoffen für eine spätere saubere und effiziente Wiederverwendung trägt dazu bei, dass wir im Winter weniger von Stromimporten abhängig sind, was bei einem Ausstieg aus der Kernenergie noch wichtiger werden wird.
2
Unsere Pilotinstallation zur saisonalen Speicherung wird eine einzigartige Hardware-Demonstration sein, bei der keine Komponente simuliert wird.
3
Unser Labor bildet Ingenieure für die Technologien von morgen aus, die die Energiewende definieren und gestalten. Erschwingliche verfügbare (saubere und effiziente) Energie ist das Rückgrat einer produktiven Industrie und einer stabilen, solidarischen Gesellschaft.
4
Wir führen pro Jahr 15-20 neue Masterstudenten über direkte Projektarbeit in unsere Aktivitäten ein.
Perspektiven und Herausforderungen
Die wichtigsten Möglichkeiten
-Demonstration der Durchführbarkeit einer vollständigen saisonalen Speicherung mit reversiblem Power-to-Gas-to-Power und dem Gasnetz -10/30-kW-Installation in Energypolis und 50/150-kW-Installation in Aigle mit Gaznat und SolydEra -Entwicklung einer kompakten alkalischen Wasserelektrolyse -Eigene Herstellung von Komponenten -Entwicklung von Biogas als einheimische Ressource (es hat das >5-fache Potenzial der derzeitigen Nutzung)
Wichtigste Herausforderungen
-Finanzierungskürzungen und harter Finanzierungswettbewerb – Mangel an Test- und Fertigungsinfrastrukturen – Herstellung von Flüssigbrennstoffen aus Strom und Kohlenstoffquellen – Europas schädliche Selbstisolierung bei der Energiewende.
Zukünftige Partnerschaften
-Stärkung der Partnerschaft zwischen Gaznat und SolydEra -Partnerschaften mit anderen Brennstoffzellen-/Elektrolyseurunternehmen -Abstimmung mit der Gasindustrie für CH4 als Vektor
Industrial Process and Energy Systems Engineering (IPESE)
Prof. François Maréchal
Industrial Process and Energy Systems Engineering (IPESE)
Das IPESE entwickelt auf digitalen Zwillingen basierende Optimierungsverfahren für eine Netto-Null-Umstellung unter Einbeziehung von Lebenszyklus-Metriken. Die Arbeit umfasst effiziente biobasierte Prozesse, CO₂-Abscheidung, hocheffiziente SOFCs, Abfallvergasung und städtische Knotenpunkte für erneuerbare Energien, die Industrie, Energie und intelligente Stadtteile miteinander verbinden.
Forschungsthemen
1
Integration erneuerbarer Energien in städtische Systeme unter Berücksichtigung von lokalen Gemeinschaften, Photovoltaik, intelligentem Betrieb, Effizienz und fortschrittlichen Energieumwandlungstechnologien wie Wärmepumpen und Fernwärme.
2
Dekarbonisierung der industriellen Produktion durch effiziente Produktion, Wärmerückgewinnung, CO2-Abscheidung, Integration von erneuerbaren Energien und Abfallmanagement sowie industrielle Symbiose.
3
Modellierung der Energiewende: Wie passt sich das Energiesystem an die Innovation und die Dekarbonisierungsmaßnahmen an?
Unsere Schlüsselprojekte
PinchSmall
Eine computergestützte Entscheidungshilfe für die schnelle Bewertung von Dekarbonisierungsoptionen für industrielle Prozesse.
EPFL, HES-so, Schweizerisches Bundesamt für Energie
Netto-Null-Labor
Dekarbonisierungsstrategien für die stadtintegrierte Aluminiumproduktion.
IPESE, HES-so, Oiken, Novelis
Urban Energy Zwillinge
Urban Twin und Sweet Swice & Sweet COSI, Auf dem Weg zu einem ganzheitlichen Modell für die Integration erneuerbarer Energien in Städten: vom Verhalten bis zur Anpassung des Energiesystems.
Süßes Konsortium mit Versorgungsunternehmen
Highlights
1
Unabhängige und neutrale Schweiz: Welche Kosten und Konsequenzen sind zu erwarten?
2
Mehrere Auszeichnungen für die besten Vorträge und Poster auf internationalen Konferenzen
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François Marechal hat an der Gründung von sechs Start-up-Unternehmen mitgewirkt: Bluewatt Engineering, jetzt Teil von PSE Siemens: energieeffiziente Abwasseraufbereitung, Trea-tech: hydrothermale Vergasung für die Wasseraufbereitung und die Umwandlung von Biomasse, Exergo.ch: Planung von Multi-Energie-Systemen durch CO2-basierte Fernwärme- und Fernkältesysteme, Urbio: Entscheidungshilfe bei der Planung von städtischen Energiesystemen. Qaptis : CO2-Abscheidung in Transportsystemen. Emissium : CO2-Verfolgung und -Zertifizierung.
4
CO2-Netzwerk-Demonstrator auf dem Campus der EPFL Valais Wallis.
Team & talents
Größe des Laborteams
30 Forscher auf verschiedenen Ebenen
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Computergestützte Prozess- und Energiesystemtechnik, Optimierung, maschinelles Lernen und Programmierung, Pinch-Technologie
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Aufzeigen und Quantifizieren von Dekarbonisierungspfaden für die Dekarbonisierung und die Energiewende durch die Integration von technologischen Innovationen. Wie weit sind sie von den sozialen Kosten des Nichtstuns entfernt?
2
Die Auswirkungen von Net Zero Valais auf die Nachhaltigkeit (wirtschaftlich, ökologisch und gesellschaftlich): Was bedeutet „zu expansiv“?
3
Welche Auswirkungen hat die Integration von Innovationen auf die Dekarbonisierung der Industrie?
Perspektiven und Herausforderungen
Hauptchancen ?
Dekarbonisierung der Industrie in einer sich wandelnden Welt\n Anpassung der Infrastruktur zur Integration dezentraler Produktionen, industrielle Symbiose auf regionaler Ebene
Wichtigste Herausforderungen
Integration von Innovation
Zukünftige Partnerschaften
Unser Labor kann auf eine lange Tradition der Zusammenarbeit mit der Industrie zurückblicken. Wir unterstützen die Zusammenarbeit für den Wissens- und Technologietransfer.
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