Hintergrund und Motivation

Die dramatischen Auswirkungen des Klimawandels werden mehr und mehr deutlich. Um die Konsequenzen zu begrenzen, gilt es den anthropogenen CO₂-Ausstoß dramatisch zu reduzieren. Eine große Quelle ist der Transportsektor, der aktuell die Hälfte der weltweiten Erdölförderung verbraucht. Flüssige Treibstoffe mit ihrer hohen Energiedichte werden hierbei in bestimmten Sektoren (z. B. Schwerlastverkehr und Flugverkehr) auch in Zukunft nur sehr schwer durch E-Mobilität oder Wasserstoff ersetzbar sein. Die sogenannten Power-to-Fuel-Prozesse sind ein Weg, auch diese Sektoren CO₂-neutral zu gestalten. Ein vielversprechender Prozess ist dabei die Umwandlung von regenerativ gewonnenem Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu langkettigen Kohlenwasserstoffen mittels der Fischer-Tropsch-Synthese. Das erhaltene Rohprodukt muss jedoch noch in geeignete Schnitte (Benzin, Diesel, Kerosin etc.) aufgearbeitet werden. Für dezentrale kleine Anlagen an den Standorten regenerativer Energien gilt es diesen Prozess effizient zu gestalten. Die Rektifikation des Rohprodukts ist hierbei ein entscheidender Teilschritt.

In den letzten Jahren hat die additive Fertigung („3D-Druck“) die Möglichkeiten der Fabrikation stark erweitert. Insbesondere in der Verfahrenstechnik werden so neue Apparate, die an gewünschte Funktion optimal angepasst sind, möglich. Beispielhaft sei hier auf die am IMVT entwickelten Strömungsleitelemente verwiesen. Diese Möglichkeiten sollen nun genutzt werden, um eine neue kompakte energieeffiziente Rektifikationsapparatur zu entwickeln.

Forschungsthemen und Aufgaben der Arbeit

Abbildung 1: Beispielhaftes Ergebnis einer thermischen FEM-Rechnung des Anschlussbereiches des Rektifikationsapparates.

Ein Problem der mikrostrukturierten Destillation ist das Wärmemanagement innerhalb des Trennapparats, da durch das hohe spezifische Volumen bzw. die Oberfläche die Wärmeleitung der Mikrostrukturen bzw. die Wärmeverluste nicht zu vernachlässigen sind. Daher soll ausgehend von einem bestehenden parametrisierten CAD-Modell des Apparates mittels FEM-Rechnungen das Design hinsichtlich des Temperaturfelds optimiert werden (vgl. auch Abb. 1). Hierzu sollen die verschiedenen Parameter variiert und deren Einfluss auf das Temperaturfeld untersucht werden.

Aufgaben der Arbeit sind:

• Einarbeitung in CAD- und FEM-Umgebung (mit Siemens NX^© und StarCCM+^©);
• Festlegung sinnvoller Randbedingungen (Literaturrecherche);
• Parameterstudie;
• Interpretation der Ergebnisse.

Der Umfang (Bachelor-, Masterarbeit, HiWi-Tätigkeit oder Praktikum) sowie der Schwerpunkt der Arbeit kann nach Absprache festgelegt werden.

Anfang der Arbeit: sofort

Aufgabensteller: Prof. Dr.-Ing. R. Dittmeyer

Betreuer: M. Sc. F. Grinschek