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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D115/2018, Maschinenbau, Energie- und Verfahrenstechnik

Masterarbeit: Entwicklung von Simulationsmodellen zur strömungsdynamischen Beschreibung von Mehrphasenreaktoren zur Kraftstoffsynthese

Beginn der Arbeit: Ab Oktober 2018 / nach Vereinbarung

Hintergrund
Mit dem Ziel die Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels einzudämmen werden im Rahmen der Energiewende zunehmend erneuerbare Energien (EE) für die Bereitstellung von Elektrizität in das Energiesystem integriert. Viele dieser Technologien wie z.B. Windkraftanlagen (WKA) oder Photovoltaikanlagen (PV) zeichnen sich durch ein stark volatiles Einspeiseverhalten aus und stellen die Infrastruktur vor Herausforderungen. Weiterhin stehen oftmals das erzeugte Angebot dieser Anlagen und die Nachfrage in zeitlicher Abweichung, sodass Speichertechnologien mit großer Kapazität für die Ausschöpfung der Potenziale und der Unterstützung der Infrastruktur notwendig werden. Ein vielversprechender Ansatz ist die Speicherung von elektrischer Energie in Form von synthetischen Kraftstoffen durch das „Power-to-Fuel“ (PtF) Konzept.

Dieses Konzept basiert auf der regenerativen Erzeugung von Wasserstoff (H2) durch die Elektrolyse von Wasser. Zusammen mit aus der Industrie abgetrennten Kohlendioxid (CO2) können verschiedene Kraftstoffe z.B. Alkane, Alkohole oder Ether hergestellt werden. Auf diese Weise hergestellte Kraftstoffe besitzen das Potenzial Treibhausgasemissionen deutlich zu reduzieren, ohne dabei konzeptionelle Änderungen an der bestehenden Infrastruktur vornehmen zu müssen.

Am „Institut für Energie- und Klimaforschung: Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)“ wird an einem ganzheitlichen Ansatz gearbeitet PtF-Pfade wissenschaftlich auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen zu untersuchen. Der Ansatz umschließt die marktwirtschaftliche Analyse von Einführungsstrategien, die verfahrenstechnische Analyse mittels Prozesssimulationen (PS) und die Reaktorentwicklung mittels „computational fluid dynamics“ (CFD) Simulationen.

Aufgabengebiet
Für die Synthese von Kraftstoffen bieten sich verschiedene Prozessführungen und Reaktortypen an. Innovative Mehrphasenreaktoren bieten das Potenzial die Produktion von diesen synthetischen Kraftstoffen zu intensivieren und nachhaltig zu verbessern. Die Auslegung solcher Reaktoren gestaltet sich auf konventionelle Art schwierig, daher muss auf strömungsdynamische Simulationen zurückgegriffen werden. Ihre Aufgabe wird es sein einen Vergleich zwischen einem konventionellen Blasensäulenreaktor und einem innovativen Strahl-Schlaufen-Reaktor basierend auf CFD-Simulationen zu erarbeiten und vor dem Hintergrund der Kraftstoffsynthese zu bewerten.

Für die Lösung dieser Aufgabe sind u. a. die folgenden Arbeitspakete zu bearbeiten:

  • Literaturrecherche bezüglich Mehrphasenreaktoren und deren Anwendungen im Bereich der synthetischen Kraftstoffherstellung.
  • Analyse der von Ansys Fluent bereitgestellten Mehrphasen-Strömungsmodellen.
  • Implementierung eines strömungsdynamischen Simulationsmodells zur Beschreibung eines Blasensäulenreaktors.
  • Aufbau eines Modells zur Beschreibung eines intern entwickelten Strahl-Schlaufen-Reaktors und Abgleich mit experimentellen Daten.
  • Bewertung der beiden Reaktoren im Kontext der Kraftstoffsynthese.

Anforderung
Sie absolvieren ein Master-Studium mit dem Fachbereich Maschinenbau, Verfahrens-/ Energietechnik oder vergleichbarer Ausrichtung.

  • Eigenständige und wissenschaftliche Arbeitsweise.
  • Große Einsatzbereitschaft an der Arbeit in interdisziplinären Themengebieten der Energie- und Verfahrenstechnik.
  • Kenntnisse im Bereich CAD-Software (Inventor oder SpaceClaim) sind vorteilhaft.
  • Erfahrungen im Bereich CFD-Simulationen und insbesondere mit der Software Ansys Fluent und dem internen Vernetzungstool sind wünschenswert, werden aber nicht vorausgesetzt.
  • Gute Studienleistungen.
  • Sehr gute Deutsch- oder Englisch-Kenntnisse in Wort und Schrift.

Unser Angebot

  • Eine vielseitige, hochmotivierte Arbeitsgruppe internationaler Prägung innerhalb einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa
  • Eine hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort

Ansprechpartner
Stefan Weiske (M. Sc.)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Brenngaserzeugung und Systeme - Zukünftige Kraftstoffe
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: s.weiske@fz-juelich.de
Tel. 02461 61-85184
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3/DE/Forschung/_Fuel-Processing-and-Systems/_node.html

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!