Abschlussarbeiten

Durch die Vergasung von Reststoffen können grüne Chemikalien oder nachhaltige Treibstoffe für den Flugverkehr hergestellt werden. Um dieses Prinzip genauer zu verstehen, existiert am EST eine Laborwirbelschicht. Durch eine Simulation des dynamischen Verhaltens werden sämtliche chemische und physikalische Phänomene von Reststoff zum Synthesegas abgebildet und durch den Vergleich mit Versuchen genauer untersucht. Der Studierende optimiert dieses Modell anhand von laufenden und bevorstehenden Experimenten.

Zur Bekämpfung des Klimawandels sind neuartige Energieträger und Verfahren zu deren Nutzung notwendig. Ein in ausreichender Menge verfügbarer Energieträger ist Eisen, das durch Reduktion und Oxidation die Speicherung von größeren Energiemengen ermöglicht. Im Forschungsprojekt Clean Circles wird untersucht, ob Eisen in Wirbelschichtreaktoren genutzt werden kann. Der Fokus liegt hier sowohl auf der stark exothermen Oxidationsreaktion zur Ausspeicherung der Energie als auch auf der Reduktion mittels grünem Wasserstoff in Wirbelschichten zur Einspeicherung der Energie.

Wirbelschichten stellen eine innovative Prozessform der thermochemischen Konversion nachhaltiger Festbrennstoffe wie Ersatzbrennstoffen und Biomasse dar. Zur Weiterentwicklung dieser Prozesse ist eine Charakterisierung der Zweiphasenströmung notwendig. Hierfür soll eine entsprechendes kapazitives Messsystem in Betrieb genommen sowie Versuche durchgeführt und Messdaten ausgewertet werden.

Die Weiterentwicklung bestehender Anlagen ist ein in der Industrie häufig angewandtes Verfahren, um bestehende Prozesse zu verbessern, die Investitionskosten gering zu halten und im Fall der Energiewirtschaft die Versorgungssicherheit der Gesellschaft zu gewährleisten. Durch die Untersuchung der thermochemischen Umwandlung von Ersatzbrennstoffen wird die weitere Nutzung bestehender Anlagen gewährleistet und gleichzeitig der weltweite Kohleausstieg vorangetrieben. Am EST werden hierzu weitreichende experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die kombiniert mit verschiedenen Simulationsmodellen die Wissensbasis stetig verbreitern. Im Rahmen dieser Arbeit soll auf Basis vorhandener Experimentaldaten ein Simulationsmodell weiterentwickelt und validiert werden.

Durch die Einbindung neuer Technologien in bestehenden lässt sich nicht nur deren Wirkungsgrad, sondern ebenso der biologische Fußabdruck senken. Im speziellen Fall der Energietechnik lässt sich damit neben der Versorgungssicherheit ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Dekarbonisierung der Energiewirtschaft leisten. Hierfür finden am Institut für Energiesysteme weitreichende experimentelle Untersuchungen statt. In Ergänzung zu den experimentellen Untersuchungen ist es das Ziel dieser Arbeit, ein bestehendes Simulationsmodell um das CO2-Abscheidungsverfahren der Oxyfuel-Verbrennung zu erweitern und es anhand von experimentellen Daten zu validieren.

Mit 0D-Prozessmodellen sind Simulationen komplexer vernetzter Systeme in kürzester Zeit möglich. Anlagen zur Vergasung von Reststoffen können einen wertvollen Beitrag für eine zero-emission society sein, die vollständige Abbildung solcher Systeme sind allerdings höchst komplex. Durch ein bestehendes Tool am EST ist es möglich, diese Systeme zu analysieren und Stoff- und Energiebilanzen zu erstellen. Das Potential dieses Tools soll durch die Erweiterung und Bewertung verschiedener Features ausgedehnt werden.

Die Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe wird seit über 100 Jahren genutzt, um Synthesegas zu erzeugen. Mit dieser Technologie ist es möglich, den Kohlenstoff aus Hausmüll vollständig im Kreislauf zu halten (Chemical Recycling) und aus biogenen Reststoffen grünes Kerosin für CO2-freies Fliegen bereitzustellen.

Die Wirbelschichtvergasung fester Brennstoffe wird seit über 100 Jahren genutzt, um Synthesegas zu erzeugen. Die Komplexität dieses Prozesses stellt bis heute eine Herausforderung dar, weshalb die Simulation der Vergasung Gegenstand der Forschung ist. Das produzierte Synthesegas ist vielseitig einsetzbar, weshalb diese Technologie eine innovative Ergänzung zu erneuerbaren Energien darstellt.

Am Institut für Energiesysteme und Energietechnik wurden diverse Versuche zur HTW-Vergasung im 0,5 MW Pilotmaßstab durchgeführt. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein dynamisches Simulationsmodell einer blasenbildenden Wirbelschichtvergasung in APROS erstellt werden. APROS bietet vorgefertigte Bibliotheken an, mit denen Reaktionsgleichungen beschrieben werden. Eine Validierung erfolgt, um die Konsistenz der Simulation anhand eines unabhängigen Datensatzes zu bemessen.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. In order to deploy this technology, the efficient heat recovery of the high temperature flue gases by combustion air preheating is required.

At the Institute for Energy Systems and Technology (EST), a promising CO2 capture process, the Indirectly Heated Carbonate Looping (IHCaL), is being developed for integration into lime and cement plants, to reduce the associated CO2 emissions. Combining IHCaL with other capture methods, such as absorption with monoethanolamine (MEA), could further reduce the specific energy consumption (SPECCA) and the cost of the entire system. Some hybrid solutions have been proposed, but a process optimization considering techno-economics is still required to assess the potential.