Navigation und Service

Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Techno-ökonomische Systemanalyse
Kennziffer: 2019M-106, Energietechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen

Masterarbeit: Analyse und Bewertung der Treibhausgasemissionen des Verkehrssektors bei Einsatz von alternativen Kraftstoffen

Beginn der Arbeit: Ab sofort / nach Vereinbarung

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%.

Der Verkehrssektor steht vor hauptsächlich drei großen Herausforderungen: Die Reduzierung der klimaschädlichen Emissionen, die Reduzierung von gesundheitsschädlichen Emissionen in Ballungsräumen und die Umstellung auf erdölunabhängige Energieträger.

Energieträger im Verkehrssektor werden unterteilt in fossile Kraftstoffe, biomassebasierte Kraftstoffe und strombasierte Kraftstoffe. Strombasierte Kraftstoffe können über das Power-to-Fuel (PtF) Konzept produziert werden. Im Rahmen dieses Konzepts werden aus regenerativ erzeugtem Wasserstoff und aus der Industrie abgetrennten CO2 synthetische Kraftstoffe, wie zum Beispiel Methanol und Fischer-Tropsch-Kraftstoff, hergestellt. Der regenerativ hergestellte Wasserstoff kann auch direkt als Kraftstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen verwendet werden. 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. Das PtF-Konzept bietet die Möglichkeit, die überschüssige volatil produzierte Energie aus den Erneuerbare-Energien-Technologien in chemischer Form als Kraftstoff zu speichern. Des Weiteren werden durch die Bindung von CO2 bei der Herstellung der Kraftstoffe die klimaschädlichen Emissionen in Abhängigkeit des Strommixes bilanziell reduziert. Diese Kopplung von Energie- und Verkehrssektor wird als Sektorkopplung bezeichnet. Biomassebasierte Kraftstoffe reduzieren, ähnlich wie PtF-Kraftstoffe, durch den Verbrauch von CO2 bei der Photosynthese der Ausgangspflanzen bilanziell die CO2-Emissionen. Beide Herstellungspfade, strombasiert und biomassebasiert, bieten zudem eine Möglichkeit der erdölunabhängigen Produktion von Kraftstoffen.

Neben der 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 Energieträger 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

  • Literaturrecherche zu CO2-Emissionen (Well-to-Wheel) verschiedener Energieträger über verschiedene Produktionspfade (fossilbasiert, strombasiert, biomassebasiert).
  • Literaturrecherche zur zukünftigen Entwicklung des Verkehrssektors (Straßenverkehr, Schienenverkehr, Flugverkehr und Schifffahrt)
  • Implementierung eines Modells zur Berechnung der aktuellen und zukünftigen CO2-Emissionen in Abhängigkeit des verwendeten Energieträgers, des Produktionspfades und des Strommixes.
  • Analyse möglicher Zukunftsszenarien.

Anforderung

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

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

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!