ChemCar-Wettbewerb 2016

Mit elektrochemischer Batterie auf den ersten Platz

Der ChemCar-Wettbewerb stellt Studierenden die Aufgabe, Modellfahrzeuge zu bauen, die für Antrieb und Steuerung ausschließlich (bio-)chemische Reaktionen nutzen dürfen. Bei der bereits elften Auflage des Wettbewerbs traten sieben Teams aus Deutschland und Polen an. Die „Alunauten“ der TU Clausthal gewannen Dank eines guten Rennens und eines durchdachten elektrochemischen Konzepts den ChemCar-Pokal. Hier erklären sie ihr Fahrzeug und das dahinterstehende Konzept.

Der ChemCar-Wettbewerb war mit einem spannenden Rennen und innovativen Konzepten der Höhenpunkt der diesjährigen ProcessNet-Jahrestagung. Bereits seit elf Jahren veranstalten die kreativen jungen Verfahrensingenieuren (kJVI), die VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen sowie die DECHEMA das Event. Es traten sieben studentische Teams aus Deutschland und Polen mit ihren selbst konzipierten Modellfahrzeugen gegeneinander an. Nicht die Schnelligkeit entscheidet über den Sieg, sondern wie genau eine Strecke von 15 Metern mit einem Zusatzgewicht von 30 Prozent des Fahrzeugeigengewichts gefahren wird. Ebenso wichtig für den Gesamtsieg sind Sicherheit, ein innovatives Konzept für den (bio-)chemischen Antrieb sowie eine erfolgreiche Posterpräsentation vor der Jury.

Bild: TU Clausthal ChemCar

Das „AlunautenMobil“ des Teams der TU Clausthal.

Obwohl das „AlunautenMobil“ der TU Clausthal nach dem Rennen noch auf dem 2. Platz lag, überzeugte das Team durch ein durchdachtes elektrochemisches Konzept und konnte sich schließlich als Gesamtsieger feiern lassen.

Das Video fängt die spannende Atmosphäre des Wettbewerbs ein

Das Team
„Die Alunauten“, Masterstudierende der Verfahrenstechnik und des Chemieingenieurwesens, hatten 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).Bild: DECHEMA e.V. / Daniel Elketeam

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 zunutze macht, gleichzeitig aber Kaliumhexacyanoferrat statt Luft als Oxidationsmittel nutzt.

Bild: TU Clausthal

Darstellung der einzelnen Zellreaktionen.

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 15-Meter-Fahrstrecke des ChemCar lässt sich präzise über die Elektrolytmenge und dessen Konzentration einstellen, da nach vollständigem Umsatz der Cyanoferrat(III)-Ionen die Zellspannung nicht mehr zum Betrieb des Motors ausreicht.

Bild: TU Clausthal CAD-Darstellung des Befüllsystems.

CAD-Darstellung des Befüllsystems.

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.

So verlief der Wettbewerb
Neben dem Team der TU Clausthal nahmen die TU Łódź aus Polen, die RWTH Aachen, die Uni Bremen, die TU Dortmund, die HAW Hamburg und erstmalig ein Team der DHBW Mannheim teil. Das Highlight des ersten Wettkampftages war die Posterpräsentation, bei welcher die ChemCars der Jury vorgestellt wurden. Das Jurorenkomitee bestehend aus Vertretern der Industrie sowie Sponsoren 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.

An Tag 2 eröffnete das Team „Oktan“ der TU Łódź das ChemCar-Rennen mit einer Punktelandung mit nur 5 cm Abweichung zur Zieldistanz von 15 Metern und ging somit direkt in Führung. Die TU Clausthal fuhr mit ihrem ChemCar 15,7 Meter und damit auf Platz 2, dicht gefolgt vom Team „Rwthari“ aus Aachen (14,28 Meter). Diese drei Teams konnten sich Bonuspunkte sichern, da sie in beiden Fahrten eine Abweichung von maximal zehn Prozent erreichten.

Erst am Abend wurden im Rahmen des Conference Dinners die Ergebnisse der Posterpräsentation sowie die Bewertung durch die Sicherheitsingenieure bekannt gegeben. Obwohl das Rennen den Löwenanteil der Gesamtbewertung ausmachte, konnten „Die Alunauten“ 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 der TU Łódź und Platz 3 ging an die RWTH Aachen.

Bild: TU Clausthal Lisa BrücknerAutorin: Lisa Brückner, TU Clausthal

 

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