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Masterarbeit: Entwicklung von CFD-Modellen zur Bewertung von Reaktorkonzepten für die Kraftstoffsynthese

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D173/2017, Maschinenbau, Verfahrens-/ Energietechnik

Beginn: Ab Januar 2018

Motivation und 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 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.

Ihre Aufgabe
Für die Synthese von Kraftstoffen bieten sich verschiedene Prozessführungen und Reaktoren an. Ihre Aufgabe wird es sein für ein vorgeschriebenes Produkt (z.B. Methanol oder Dimethylether) verschiedene Reaktorkonzepte mit Hilfe von CFD Modellen zu analysieren und zu bewerten. Für die Lösung dieser anspruchsvollen 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
  • Konstruktion von vereinfachten 2 dimensionalen CAD Modellen
  • Recherche und Implementierung von geeigneten Reaktionskinetiken und thermodynamischen Modellen zur Beschreibung von Synthesereaktionen
  • CFD Simulation und Optimierung der entwickelten Reaktorkonzepte
  • Bewertung der Reaktorkonzepte für die technische Umsetzung in verschiedenen Skalenbereichen

Unser Anforderungsprofil
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 Energietechnik
  • 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
  • Hervorragende Studienleistungen
  • Sehr gute Deutsch oder Englisch Kenntnisse

Kontaktinformationen

Ich hoffe, Ihr Interesse für eine zukünftige Zusammenarbeit ist geweckt! Bitte senden Sie Ihre vollständigen Bewerbungsunterlagen (Motivationsschreiben, Lebenslauf, aktueller Notenauszug) an die unten aufgeführten E-Mail Adressen.

Stefan Weiske (M.Sc.)
Telefon: +49 2461 61-85184
E-Mail: s.weiske@fz-juelich.de

Prof. Dr.-Ing. Ralf Peters
Telefon: +49 2461 61-4260
E-Mail: ra.peters@fz-juelich.de

Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung:
Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)


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