Navigation und Service

Ausschreibender Bereich: IEK-14 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: 2019M-123, Maschinenbau, Energietechnik, Verfahrenstechnik

Masterarbeit: Entwicklung einer Methodik zur Kostenbestimmung eines Power-to-Fuel-Konzepts für Güllekleinanlagen gekoppelt mit einer Methanolsynthese

Beginn der Arbeit: ab sofort/nach Vereinbarung

Hintergrund
Die Erneuerbare Energien Richtlinie (RED) erfordert einen Mindestanteil von 14% erneuerbarer Kraftstoffe in der EU bis 2030. Dies verpflichtet Mitgliedsstaaten Kraftstoffe zu fördern, die auf der Basis von nicht fossilen Materialien beruhen und konventionelle Energieträger ersetzen können. Power-to-Fuel (PtF) Technologien können einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung dieses Ziels leisten. Sie verwenden CO2, das ansonsten in die Luft emittiert werden würde, zusammen mit Wasserstoff zur Herstellung alternative Kraftstoffe.

Bisher wurde CO2 aus Biogasanlagen in die Atmosphäre entlassen und nicht weiter genutzt. Da Biogas einen hohen Anteil an CO2 enthält, bietet es bei etwas mehr als 9.000 Biogasanlagen in Deutschland ein geschätztes Potenzial von 10,4 Mio. Tonnen CO2 (2016). Besonders die Zahl der sogenannten Güllekleinanlagen (75 kWel), eine Form der Biogasanlage bei der das Substrat hauptsächlich aus Gülle (> 80%) sowie Festmist und Futterresten besteht, hat in den letzten Jahren stark zugenommen (582 Anlagen in 2017). Auf diesen Anlagen liegt ein besonderer Fokus, da sie Reststoffe aus der Tierhaltung verwenden und energetisch nutzbar machen. Auch im Rahmen der zukünftigen Förderung nach dem Erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) wird diese Anlagenform eine höhere Subventionierung erfahren als andere Anlagentypen. Da Güllekleinanlagen bisher häufig nicht wirtschaftlich betrieben werden können und aufgrund der Tatsache, dass immer mehr Anlagen aus der Förderung herausfallen, ist es notwendig auf lange Sicht innovative Anlagenmodelle zu finden. Hier bietet die techno-ökonomische Evaluierung eines gekoppelten PtF Konzeptes mit CO2-Gewinnung und dezentraler Methanolsynthese einen interessanten Forschungsgegenstand.
Am „Institut für Energie- und Klimaforschung: Elektrochemische Verfahrenstechnik" (IEK-14) 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
Vor dem Hintergrund einer ganzheitlichen Bewertung des beschriebenen Power-to-Fuel Konzepts, sollen vor allem die Anlagenkosten der Methanol Anlage näher beleuchtet werden. Es besteht ein internes Kostenmodell für Anlagen mit höherer Leistung, allerdings kann das bestehende Modell bisher nicht für Kleinanlagen und die wesentlich geringere Menge an produziertem CO2 von Güllekleinanlagen verwendet werden.

Die durchzuführenden Arbeiten umfassen u.a.:

  • Auslegung einer Methanolsynthese für die Leistungsklasse einer Güllekleinanlage auf Grundlage bestehender Modelle
  • Literaturrecherche und Beschaffung von Materialdaten für die Komponenten (Reaktor, Wärmetauscher, Verdichter, Kolonne, etc.) der ausgelegten Kleinanlage zur Methanolsynthese und der CO2-Gewinnung

    • dazu ggf. Kontaktierung von Anlagenherstellern und -betreibern
  • Entwicklung eines Kostenmodells auf Basis der gesammelten Daten

Anforderungen

  • Eigenständige und wissenschaftliche Arbeitsweise
  • Gute Leistungen in Ihrem Studium des Maschinenbaus, der Energie- oder Verfahrenstechnik oder eines vergleichbaren Studiengang
  • 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
Lea Eggemann (M. Sc.)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Brenngaserzeugung und Systeme - Zukünftige Kraftstoffe
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: l.eggemann@fz-juelich.de
Tel: 02461 61-3069 (Di) oder -96985 (Mi-Fr)

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!