Hannover Messe: Ulmer Innovationen in der Energieforschung und Regelungstechnik

In diesem Jahr präsentieren sich zwei Institute der Universität Ulm auf der Industrieschau: Wissenschaftler um Professor Timo Jacob stellen die Forschungsschwerpunkte des Instituts für Elektrochemie vor. Wenige Meter weiter zeigen Professor Knut Graichen und Dr. Tilman Utz vom Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik modellprädiktive Regelungsansätze für Magnetschwebeversuche.

Die Ulmer Forscher nutzen den Gemeinschaftsstand C21 der Wirtschaftsförderungsgesellschaft Baden-Württemberg International (bw-i) in Halle 2 „Research & Technology“.

Am Institut für Elektrochemie der Universität Ulm wurde geforscht, als vergleichbare Einrichtungen vor der Schließung standen. In Zeiten von Energiewende und Elektromobilität zahlt sich dieser Vorsprung aus. Auf der Hannover Messe stellen Wissenschaftler um den Institutsleiter Professor Timo Jacob ihre aktuellen Forschungsschwerpunkte vor: Die Ulmer betreiben vor allem elektrochemische Grundlagenforschung zur Elektrokatalyse, Photo- und Bioelektrochemie sowie zur elektrochemischen Energiespeicherung.

Seit einiger Zeit steht das Institut zudem für eine gelungene Verknüpfung von Theorie und Experiment: Nur so können Strukturen und Prozesse auf atomarer Ebene verstanden und Verbesserungsvorschläge für reale Systeme wie Brennstoffzellen oder Batterien abgeleitet werden. Seit über einem Jahr ist auch das Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) ein starker Partner der Wissenschaftler.

Bei der Industrieschau zeigt das Institut für Elektrochemie den gesamten Zyklus der Energieumwandlung als Anwendungsbeispiel – bestehend aus der Kombination von Solar-, Elektrolyse- und Brennstoffzelle. Außerdem gestatten die Forscher Besuchern einen Blick durch das Rasterkraftmikroskop. Eine mögliche Fragestellung dahinter: Wie beeinflusst die atomare Struktur der Elektroden die elektrochemischen Reaktionen (Elektrokatalyse) unter Reaktionsbedingungen? „Elektrokatalyse betrifft die gesamte Energieforschung“, sagt Timo Jacob. Auf der Hannover Messe wolle er auch Nachwuchswissenschaftler für das zukunftsträchtige Thema begeistern.

Von der Energieforschung zur Magnetkraft: Wissenschaftler des Instituts für Mess-, Regel- und Mikrotechnik zeigen auf der Messe modellprädiktive Ansätze für so genannte Magnetschwebeversuche. Bei diesen Versuchen hält ein Elektromagnet einen Metallkörper im Schwebezustand. Mit dem Magnet kann außerdem gezielt die Schwebehöhe des Körpers verändert werden. Auf einem solchen Prinzip basieren beispielsweise die Magnetschwebebahn oder Magnetlagerungen. „Allerdings stellen das stark nichtlineare Verhalten des Systems aus Elektromagnet und Metallkörper und die erforderlichen hohen Abtastraten besondere Anforderungen an eine Regelung“, sagen Professor Knut Graichen und Dr. Tilman Utz von der Uni Ulm. Gerade bei dem gezeigten Versuch müsse zudem ein großer Betriebsbereich von zwei bis sieben Zentimetern abgedeckt werden.

Um diese Herausforderungen zu meistern, verwendet man einen so genannten modellprädiktiven Regler: Dabei wird das zukünftige Verhalten des Systems berücksichtigt und ein vorausschauender Stelleingriff berechnet. Allerdings konnte dieser Ansatz bisher nur bei hinreichend langsamen Prozessen eingesetzt werden. Deshalb haben die Ulmer Forscher echtzeitfähige Ansätze entwickelt, mit denen die modellprädiktive Regelung auf nichtlineare Systeme mit hohen Abtastraten übertragen werden kann. So wird eine hochdynamische Regelung – auch über große Betriebsbereiche – möglich.

Weitere Informationen:

Elektrochemie:
Prof. Dr. Timo Jacob: 0731/50-25401, nawi.ec@uni-ulm.de
Donato Fantauzzi: 0731/50-26061, donato.fantauzzi@uni-ulm.de
Martin Metzler: 0731/50-26063, martin.metzler@uni-ulm.de

Mess-, Regel- und Mikrotechnik:
Prof. Dr. Knut Graichen: 0731/50-26304, knut.graichen@uni-ulm.de
Dr. Tilman Utz: 0731/50-26303, tilman.utz@uni-ulm.de