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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: 2019M-072, Energietechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen

Masterarbeit: Power-to-Fuel - Prozessmodellierung und Bewertung synthetischer Kraftstoffe auf Basis von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid

Beginn der Arbeit: Flexibel / nach Vereinbarung

Hintergrund
Die Begrenzung des anthropogenen Klimawandels erfordert erhebliche Reduktionen der Treibhausgasemissionen in allen Sektoren. Im Energie- und Haushaltsektor ist durch die Einführung unterschiedlicher nachhaltiger Technologien ein erster Rückgang zu verzeichnen, wohingegen die CO2-Emissionen des Verkehrssektors bisher auf einem konstanten Niveau bleiben. Trotz des beginnenden Übergangs zu elektrifizierten Antriebssystemen ist insbesondere im Schwerlast-, Schiffs- und Luftverkehr auch in Zukunft mit einer hohen Nachfrage nach flüssigen Kraftstoffen mit hoher Energiedichte zu rechnen. Eine Option, um hierfür eine CO2-Neutralität zu erreichen, bietet das Power-to-Fuel (PtF) Konzept. Dieses sieht die Synthese unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe und Oxygenate ausgehend von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid vor. Wasserstoff kann hierbei nachhaltig über regenerativ erzeugten Strom mithilfe einer Wasserelektrolyse hergestellt werden. Mögliche CO2-Quellen sind Industrieprozesse, Biomasse oder die Atmosphäre. Als erstes Zwischenprodukt wird Methanol so bereits heute mit verfügbarer Technologie in Island kommerziell hergestellt. Ausgehend von Methanol könnten zukünftig anschließend ein breites Produktspektrum an Kraftstoffen synthetisiert werden. Dazu gehören neben alternativen Kraftstoffen, wie z.B. höhere Alkoholen, ebenfalls normgerechte Benzin-, Diesel- und Kerosinkraftstoffe. Der energetische und ökonomische Vergleich dieser Kraftstoffrouten ist Bestandteil intensiver Forschung.

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.

Aufgabengebiet
Im Rahmen dieser Arbeit sollen Prozessmodelle für die Umwandlung von Methanol zu Verkehrskraftstoffen aufgestellt werden. Die Modellierung erfolgt in AspenPlus und liefert Eingangsdaten für eine energetische, technische und ökonomische Bewertung der gesamten Prozesskette von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid bis zum synthetischen Kraftstoff. Die ökonomische Analyse erfolgt dabei mit Standardverfahren des Anlagenbaus. Die erstellten Kraftstoffsynthesen sind im Anschluss mit bereits bestehenden Modellierungen zu vergleichen und einzuordnen.

Dafür sind u.a. folgende Arbeiten durchzuführen:

  • Literaturrecherche zu Power-to-Fuel Technologien mit dem Fokus auf der Weiterverarbeitung von Methanol zu Verkehrskraftstoffen
  • Literaturrecherche zu den zu erfüllenden Spezifikation und Normen heutiger Kraftstoffe
  • Erstellung von Prozesssimulations-Workflows der aus der Literaturrecherche ausgewählten Verfahren
  • Überprüfung der Normgerechtheit der produzierten Kraftstoffe und Bewertung der möglichen Abweichungen
  • Techno-ökonomische Bewertung der untersuchten Verfahren und Vergleich zu alternativen Erzeugungsrouten

Anforderungen

  • Eigenständige und wissenschaftliche Arbeitsweise
  • Motivation und Einsatzbereitschaft an der Arbeit in einem interdisziplinären Themengebiet der Energie- und Verfahrenstechnik
  • Gute Leistungen in Ihrem Studium der Verfahrenstechnik, Energietechnik, des Maschinenbaus, des Wirtschaftsingenieurwesens oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Vorkenntnisse in der verfahrenstechnischen Prozessanalyse sind wünschenswert
  • Sehr gute Deutsch- und 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
Felix Schorn (M. Sc.)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Brenngaserzeugung und Systeme - Zukünftige Kraftstoffe
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: f.schorn@fz-juelich.de
Tel. 02461 61-4394