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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D135/2018, Energietechnik, Verfahrenstechnik, Computational Engineering Science, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen

Masterarbeit: Entwicklung eines Geoinformationssystem-basierten Ansatzes zur Darstellung der räumlichen Verteilung der Emissionen der Binnenschifffahrt in Nordrhein-Westfalen

Hintergrund
Im Rahmen der Klimapolitik sind die Ziele der Bundesregierung unter anderem den Energiebedarf als auch die resultierenden Emissionen in allen Sektoren zu reduzieren. Der Energiesektor ist mit 38% der gesamten Emissionen der größte Emittent für Treibhausgasemissionen in Deutschland. Danach folgen der Industriesektor mit 21% und der Verkehrssektor mit 18%. Um die Treibhausgasemissionen im Energiesektor zu reduzieren, werden im Rahmen der Energiewende zunehmend erneuerbare Energien zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet. Die Energieerzeugung von Erneuerbare-Energien-Technologien, wie z.B. Wind- und Photovoltaikanlagen, ist stark volatil und kann deshalb zu Versorgungsunsicherheit auf Verbraucherseite führen. Die Lösung für diese von erneuerbaren Energiequellen erzeugten Fluktuationen ist ein geeignetes Lastmanagement und die Speicherung der überschüssigen Energie in stofflicher, elektrochemischer, mechanischer oder thermischer Form.

Ein vielversprechender Ansatz ist die Sektorkopplung von Energie- und Verkehrssektor. Im Rahmen dieser Sektorkopplung wird elektrische Energie in Form von Kraftstoff gespeichert. Ein Ansatz ist die Speicherung der elektrischen Energie in durch Wasserelektrolyse erzeugten Wasserstoff zur Nutzung im Verkehrssektor. Aufgrund der geringen Energiedichte ist Wasserstoff allerdings nicht für den direkten Einsatz in allen Fahrzeugtypen geeignet. Folglich werden auch langfristig flüssige Kraftstoffe mit hoher Energiedichte benötigt. Eine mögliche Lösung stellt das Power-to-Fuel (PtF) Konzept dar, in welchem aus regenerativ erzeugtem Wasserstoff und aus der Industrie abgetrennten CO2 synthetische Kraftstoffe, wie zum Beispiel Methanol und Fischer-Tropsch-Kraftstoff, produziert werden. Neben der Möglichkeit, die überschüssige Energie des Energiesektors zu speichern, sinkt durch die Verwendung von CO2 zur Produktion von synthetischen Kraftstoffen im Rahmen des PtF-Konzepts der CO2-Ausstoß des Verkehrssektors. Neben dieser Reduzierung der anthropogenen Treibhausgase ist eine weitere aktuelle Herausforderung im Verkehrssektor die Reduzierung von gesundheitsschädlichen Emissionen (CO, NOx, Feinstaub) in Ballungsräumen. Synthetische Kraftstoffe, so wie alternative Antriebe generell, haben das Potential, diese gesundheitsschädlichen Emissionen im Verkehrssektor zu reduzieren
 
Am „Institut für Energie- und Klimaforschung: Elektrochemische Verfahrenstechnik" (IEK-3) werden alternative Kraftstoffe wissenschaftlich auf unterschiedlichen Ebenen untersucht. Der Ansatz umschließt die marktwirtschaftliche Analyse von Einführungsstrategien, die verfahrenstechnische Analyse mit Prozesssimulationen, die Reaktorentwicklung und die Analyse des Emissionsreduktionspotentials der synthetischen Kraftstoffe.
 
Aufgabenbeschreibung
Im Rahmen der Analyse des Emissionsreduktionspotentials von synthetischen Kraftstoffen wird auch der Einsatz von alternativen Antrieben in der Schifffahrt untersucht. Nordrhein-Westfalen ist als Case Study besonders interessant, da 20 % der gesamten Emissionen des Verkehrssektors in Nordrhein-Westfalen versursacht werden und Nordrhein-Westfalen nach den Stadtstaaten die höchsten spezifischen CO2-Emissionen pro Fläche emittiert.
 
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Modell entwickelt werden, um die Emissionen der Binnenschifffahrt in Nordrhein-Westfalen räumlich aufgelöst darzustellen.
 
Hierzu sind u. a. folgende Arbeitspakete zu bearbeiten:

  • Literaturrecherche zu Verkehrsleistungen der Binnenschifffahrt in NRW.
  • Literaturrecherche zu Emissionsfaktoren der Binnenschifffahrt.
  • Einarbeitung in Python und QGIS.
  • Entwicklung einer Methodik zur Klassifizierung der Schiffe (Schiffsart, Antriebstechnologie…
  • Implementierung eines Moduls zur räumlichen Aufteilung der Fahrleistungen auf Flussabschnittsebenen in Python.
  • Implementierung eines Moduls zur Berechnung der Emissionsfaktoren der Binnenschifffahrt in Python
  • Berechnung der aktuellen Emissionen der Binnenschifffahrt in NRW.

Anforderung

  • Gute Leistungen in Ihrem Studium der Energietechnik, Verfahrenstechnik, Computational Engineering Science, des Maschinenbaus, des Wirtschaftsingenieurwesens oder eines vergleichbaren Studiengangs.
  • Selbstständige und analytische Arbeitsweise.
  • Sehr gute Deutsch- und Englisch-Kenntnisse in Wort und Schrift.
  • Vorkenntnisse in Python oder anderen Programmiersprachen.

Unser Angebot

  • Eine hochmotivierte Arbeitsgruppe in einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa.
  • Hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur.
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort.

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

E-Mail: ja.breuer@fz-juelich.de
Tel.: 0 2461 61-96984
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3/DE/Forschung/_Fuel-Processing-and-Systems/_node.html
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