Navigation und Service

Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D116/2018, Maschinenbau, Energie- und Verfahrenstechnik

Masterarbeit: Entwicklung von CFD-Modellen zur Bewertung von Reaktorkonzepten für die Kraftstoffsynthese von Dimethylether (DME)

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 verschiedenste Kraftstoffe basierend auf Alkanen, Alkoholen oder Ethern 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
Die aktuelle Diskussion um die Zukunft des Dieselmotors wird auch durch den Einsatz von Ersatzkraftstoffen beeinflusst. Die Gruppe der Ether zeichnet sich durch ihren molekularen Aufbau ohne direkte C-C-Bindung aus und erzielt aus diesem Grund ebenfalls exzellente Emissionseigenschaften. Dimethylether (DME) aus dieser Gruppe wird ein großes Potenzial zugeschrieben. Die Herstellung aus CO2 und H2 ist ein stark diskutiertes Thema innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft und zeichnet sich durch eine große Auswahl an Prozessführungen und Reaktoren aus. Ihre Aufgabe wird es sein für Dimethylether (DME) verschiedene Reaktorkonzepte mit Hilfe von CFD Modellen zu analysieren und zu bewerten. Es soll ein Vergleich verschiedener Konzepte erarbeitet werden, welcher die Reaktoren auf unterschiedliche Anwendungsfälle und Charakteristiken prüft, um dann abschließend eine Entwicklungsempfehlung auszusprechen.

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

  • Literaturrecherche bezüglich der industriell eingesetzten und in der Forschung als innovativ diskutierten Reaktoren und Betriebsbedingungen.
  • Auswahl verschiedener Reaktortypen zur intensiven, strömungsdynamischen Analyse.
  • Erweiterung von bestehenden Reaktionsmodellen (Methanol) zur vollständigen Beschreibung der DME-Synthese.
  • Entwicklung von konventionellen und innovativen Reaktormodellen zur strömungsdynamischen Beschreibung.
  • Bewertung der Reaktorkonzepte mit Hilfe von verschiedenen Leistungscharakteristiken und Bewertungsgrößen.

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!