ZACplus Citizen-Science workshop vom 21.03.2025 und 22.03.2025

Ort: OpenEcoLab Rahden, OSEG Headquarter Berlin, parallel

Teilnehmer: 13

- Rig Module löten - Schlauchverbindungen und Pumpen-flow - Kammer-Deckel Durchführungen für Stromabgriff-Kabel

Agenda

- Alle Teilnehmer auf den aktuellen Stand der Entwicklung bringen

- Mehrere Zacplusse bauen (Rahden)

- Rig Modul löten (Berlin)

- Schlauchverbindungen und Pumpen-flow

- Kammer-Deckel Durchführungen für Stromabgriff-Kabel

- Aufzeigen was jetzt die nächsten Schritte sind im Hinblick auf das nächste Experiment (Todoliste erstellen)

- Aspekte zur Dokumentation; was fehlt noch zur Vervollständigung usw.

Workshop 21. und 22. März 2025

Der Workshop hatte dasselbe Format wie der Pilotworkshop am 7. und 8. März: An beiden Orten mit Videoverbindung, Live-Übertragung für Online-Teilnahme. Eines der Ziele ist der Test des hybriden Formats an zwei Präsenzstandorten mit Austausch von Wissen und Erfahrungen. Für eine spätere Dokumentation wurden alle ToDos, Schritte, Fragen und Verbesserungsvorschläge, außerdem Fotos und Zeichnungen in einem Pad kleinteilig erfasst. Besonders die neuen Teilnehmenden wurden deshalb gebeten, sich Notizen zu machen, intensiv Fragen zu stellen und Rückmeldung zu geben, auch darüber, was verbessert werden kann. Die meisten von ihnen waren keine Experten, sondern am Thema oder an Citizen Science interessiert und hatten deshalb einen anderen Blick auf und spezielle Erwartungen an den Workshop. Das bearbeitete Pad mit der kompletten Agenda ist hier zu finden: https://md.opensourceecology.de/yrtNBx0NTJie7uXyKJC6jA?both#

1. Vorbereitende Arbeiten

Es wurde alles für den Bau mehrerer Zellen vorbereitet. Einige Teile wurden gekauft.

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3-D-Teile für mehrere Zellen wurden selbst gedruckt. Einerseits die Teile, die in den weiteren Arbeitsschrittgen gebraucht werden, aber in Rahden auch für mehrere komplette Sets, die zu mehreren Brennstoffzellen zusammengebaut werden sollten. Mit ihnen sollen später mehrere parallele Tests durchgeführt werden. Es wurden je nach Beanspruchung unterschiedliche Materialien zum Druck benutzt. Die Teile, die laugenresistent sein müssen, wurden mit ABS oder ASA-Materialien gedruckt. Die gekauften Teile sind aus PPT.

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Die Zinkplatten sind im Vorfeld hergestellt worden. Auf Basis von alten Dachrinnen, …

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… die zu 98% aus Zink bestehen, wird eine Zinkplatte hergestellt und in ein Formsandbett gegossen. Sie hat eine Lasche für den Stromabgriff und damit kann sie auch besser aus dem Kathodenhalter entnommen werden.

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Die Platte ist zuerst noch sehr roh.

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Sie wurde mit einer Akku-Flex bearbeitet, so dass sie außen sauber und glatt ist.

2. Zwei Orte, ein Vorhaben

Beim Workshop selbst konnten mehrere ToDos bearbeitet werden, hier zusammengefasst zu einzelnen Arbeitsschritten. In Berlin gab es für die Neulinge eine Einführung, in Rahden konnte sofort mit dem parallelen Zusammenbau von drei Zellen begonnen werden.

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2.1 Rahden: Zusammenbau von drei Zellen

In Rahden sollten weitere Zellen gebaut werden, die dann parallel bei Langzeitversuchen eingesetzt werden.

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2.2 Berlin: Einführung in ZAC+: Was machen wir, was ist das?

Da neue Teilnehmende dabei waren, startete der Workshop in Berlin mit einer Einführung in die Ziele des Projekts ZACplus.

Es wurde erklärt:

- Das Projekt ist im Kontext der Speicherung von Energie entstanden, was nach wie vor der Flaschenhals bei Erneuerbaren Energien ist. Es kann viel Strom aus Sonne oder Wind erzeugt werden, aber den kann man nur mit Speichern in die Zeiten mitnehmen, in denen keine Sonne scheint und kein Wind weht.

- Energiespeicher sind teuer und je nach Technologie aus Materialien, die teuer oder schädlich sind.

- Bei der Zink-Luft-Brennstoffzelle wird mit Zink auf ein Material zurückgegriffen, das häufig vorhanden ist, im Prozess wieder zurückgewonnen werden kann und als Material unkritisch ist. Es ist unbegrenzt lagerfähig und hat eine sehr hohe Energiedichte.

- Das „+“ hinter ZAC steht für den Recycler, mit dem das Zink wieder regeneriert wird.

- Damit das System rentabel arbeitet, muss der Wirkungsgrad hoch sein. Dass dies der Fall ist, wird vermutet, aber es muss über Langzeitversuche verifiziert werden. Vor allem ist interessant, wie der Wirkungsgrad im Zeitverlauf ist. Hier muss später über lange Zeiträume die Energiedichte überprüft, also der theoretische mit dem realen Wert verglichen werden.

- Ebenfalls muss verifiziert werden, ob die Lebensdauer der Zelle lang genug ist, um weniger Energie und Ressourcen zu verbrauchen, als zur Herstellung nötig sind.

- Es gibt verschiedene Stellschrauben, an denen man etwas verändern kann, auch in dieser

- Richtung sollen Tests gemacht werden.

- Für den Nachbau auch durch Nicht-Fachleute muss es eine Dokumentation geben, die sehr kleinteilig alle Schritte beschreibt und Teile auflistet. Auch dafür sollte der Aufbau optimiert werden, nicht nur für die technische Seite.

- Es fallen bei solch einem Projekt viele verschiedene Aufgaben an, auch für Nicht-Techniker. Durch den Citizen Science-Aspekt sollten Menschen aus unterschiedlichsten Bereichen motiviert werden, ihr Wissen und Können einzubringen und mit dem der anderen in einem komplexen Forschungsprojekt zu verbinden.

- Als konkrete Einführung in den Tag wurde der aktuelle Stand vorgestellt und erklärt, was gemacht werden soll einschließlich der Beschreibung der dafür notwendigen Teile.

Danach ging es auch in Berlin an die konkrete Arbeit. Parallel zum Workshop wurde neben Flipchart und Whiteboard auch das Pad laufend aktualisiert und erste Versuche für eine Visualiserung einzelner Teile und wie sie zusammengehören, gemacht.

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3. Weiterbau in Rahden und Berlin

In Rahden mussten die Pumpen nach Austausch der Schläuche zusammengesetzt und die Löcher für die Verbindungen von Pumpe, Kathode und Tank gebohrt und alles verknüpft werden, so wie beim Pilotworkshop davor.

3.1 Die Gaskathode

Danach mussten an beiden Orten die Kathoden noch fertig zusammengebaut werden. An der Kathode wird ein Lichtfenster aus Nickelglas angebracht, durch das beobachtet werden kann, was sich an der Kathode abspielt. Die Kathode selbst ist eine Membran aus drei Schichten. An einer Seite liegt außen eine weiße Schicht aus PTFE (Teflon). Die mittlere Schicht ist schwarz und besteht aus Aktivkohlepulver und Manganoxid vermischt mit Teflonpulver als Bindemittel auf einem Nickeldrahtgitter. Auf der anderen Seite liegt außen ein Gitter aus Nickel-Draht. Der Zusammenbau der Kathode war etwas kompliziert und aufwändig, deshalb gab es eine Schritt-für-Schritt Anleitung durch Oliver Schlüter, was über Video und unterstützt durch Fotos sehr gut funktioniert hat.

Der Kathodenhalter besteht aus 3-D gedruckten Teilen und gegossenen Silikon-Dichtungen, hier auf Fotos von einem anderen Workshop gut zu sehen: https://wiki.opensourceecology.de/ZACplus_Citizen-Science_Schuelerworkshop_vom_13.11.2024

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Da ein Ziel des Workshops auch Tests für die Dokumentation waren, wurden Tests mit Abbildungen und Beschreibung gemacht.

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1. Luft-/ Sauerstoffzufur (wichtig beim Kleben von Silikondichtung und Glas, Zufuhr sicherstellen)

2. Lichtfenster

3. Gaskathodenhalter mit Silikon-Dichtung

4. Schablone mit Faltung

5. Membran: 3 Schichten. Weiße Schicht: PTFE (Teflon); Schwarze Schicht: Aktivkohle (+ ein bisschen PTFE); Gitter aus Nickel-Draht

6. bis 9. Befestigungsklammern

Das Lichtfenster aus Nickelglas wurde in den Kathodenhalter eingeklebt, was sehr genau passieren musste, damit es wirklich wasser- bzw. laugendicht wird.

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Durch geschickte Schnitte musste die Membran der Form der Zinkplatte angepasst werden. Das Zuschneiden und Falten war Detailarbeit. Dafür war eine Schablone 3-D-gedruckt worden, an der entlang geschnitten werden konnte. Die Ausrichtung war hier entscheidend und verlangte räumliche Vorstellungskraft.

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Unten ein Blick auf die zusammengebaute Gaskathode, Sicht von beiden Seiten. Die weiße Papierschicht wurde eingefügt, um beim Dichtigkeitstest besser zu erkennen, ob Flüssigkeit auf diese Seite fließt.

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Dann wurde die Gaskathode im Kammereinsatz eingebaut und die Klemmen für die Stromabnahme angebracht, um zu zeigen, wie es am Ende aussehen soll.

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Nach dem Einbau und der Verbindung der Schläuche wurde der Durchfluss mit Wasser getestet. Dabei stellte sich heraus, dass die Gaskathode Auftrieb bekommt und nicht mehr stabil in ihrem Gehäuse steckt. Als schnelle Lösung wurde ein Winkel, der die Gaskathode in ihrem Behälter festhalten soll 3-D-gedruckt. Der muss noch mal neu gedruckt werden, da er zu fest saß und nur schwer wieder entfernt werden konnte. Das ist eine Aufgabe für die Zeit bis zum nächsten Workshop.

3.2 Das Mess-Interface

An beiden Workshoporten wurde an dem Mess-Interface gearbeitet. Dafür wurden die Tslot-Aluminiumprofile für den Aluminiumrahmen zusammengebaut. In die Plexiglasscheiben wurden vorher mit einem Lasercutter Löcher für die Bananenstecker-Anschlussbuchsen geschnitten und diese dann da eingeschraubt und miteinander verlötet.

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Zum Schluss wurde die Brennstoffzelle mit der Gaskathode sowie der Zink-Anode mit dem Mess-Interface verbunden. Damit war die Grundkonstruktion der Zelle fertig.

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Nach dem Workshop wurde alles abgebaut und dabei wurde klar, dass einige Dinge noch geklärt oder gelöst werden müssen. Zum Beispiel, wie die Lauge aus den Behältern entnommen werden kann, wenn das aus irgendeinem Grund wichtig sein sollte. Sie ist ätzend, man kann sie also nicht einfach ausschütten, sondern es sollte kluge Möglichkeiten geben, sie aufzubewahren, damit später mit dem Recycler das Zink wieder daraus zurückgewonnen werden kann . Dies zeigt, dass sich mit jedem Workshop die Liste der konkreten ToDos, die noch anstehen oder optimiert werden sollten, verlängert bzw. detaillierter wird.

4. Das Workshop-Format

Die Teilnehmenden kamen aus unterschiedlichsten Bereichen und hatten teilweise technisches Wissen, teilweise nicht. Deshalb mussten Schritte und Hintergründe ausführlich erklärt werden. Dadurch wurden praktische Fertigkeiten gemeinsam mit den dahinterstehenden theoretischen Konzepten vermittelt. Der Workshop wurde zu einem Lernsetting nicht nur für Fachwissen, sondern zur Kompetenzentwicklung ähnlich dem Lernen im Prozess der Arbeit mit einer Mischung aus formalem und informellem Lernen.

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Für ein besseres Verständnis wurden die Schritte sofort protokolliert, woraus sich tiefere Reflexionen der Inhalte mit resultierenden Fragen ergaben.

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Aus den Notizen sollten zeitnah sowohl ein öffentlich zugängliches Protokoll, als auch ein Blogpost entstehen. Diese Mischung aus Forschung und Lernen funktionierte sehr gut, auch über die Videoverbindung. Inwieweit solch eine sehr individuelle Form auf größere Gruppen übertragbar ist, müsste noch untersucht werden. Dafür bräuchte es Werkstätten, Materialien und Lehrpersonal.

5. Ausblicke

Langfristig sollen die Erkenntnisse aller Workshops mit vorbereitenden und nachbereitenden Arbeiten zu einer Dokumentation zusammenfließen. Sie kann sowohl als Handbuch für den Bau von Brennstoffzellen, als auch als Lehr- und Lernmaterial für einzelne Inhalte genutzt werden. Wie so etwas aussehen könnte und wie die Aufbereitung sein müsste, war Inhalt mehrerer Gespräche zwischen den Teilnehmenden. Bei diesen Gesprächen spielte auch die Sinnkomponente eine Rolle. Es wurde klar, dass im Kontext Erneuerbarer Energien in den Medien oft einfache Lösungen kommuniziert werden, dass es aber vermutlich nicht so einfach ist. Dass dahinter sehr viel Arbeit und Zeit steckt, und ein Umdenken und Lernen nicht von heute auf morgen auf breiter Ebene geschehen kann, sondern erst nach und nach und unter Einbeziehung von immer mehr Menschen.

6. Nächste Aufgaben

Konkrete ToDos für die nächste Zeit sind:

- Zusammenbau von Mess-Interface / Panel. - Software muss noch geschrieben werden (Messinterface). - Zeichnungen für Zusammenbau erstellen, mit FreeCAD. - Alle Dateien sinnvoll benennen, evtl. auch in Englisch. - Lücken in technischer Dokumentation feststellen (technische Doku mit Quellinformationen; Aufbauanleitung...). - Workshop-Output mit Verbesserungsmöglichkeiten. - Format des Workshops definieren: Was ist das, was wir machen? Gibt es einen guten Namen für das Format? - Einführung in ZAC+: Was machen wir, was ist das? - Vorsichtsmaßnahmen definieren, z.B. das Ausdrucken von Gefahrenhinweisschilder wegen der Lauge. - Aus Verbesserungsvorschlägen Challenges erstellen, z.B.: Challenge 1: Hilfskonstruktion (Kleben/Klemmen/Abstandshalter oä) gestalten um zu verhindern, dass der Kammereinsatz für die Zelle aufschwimmt im Betrieb. - Aufgaben formulieren mit Titel, Problemstellung, Aufgabe, Why/Ziel/Priorität, (und ggf. notwendiges Vorwissen/Software o.ä.), so dass deutlich sichtbar wird, welche Arbeiten anstehen und zu welchen jemand beitragen könnte.