Bachelorarbeit / HiWi

IMVT

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Grinschek, Fabian

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 in langkettige Kohlenwasserstoffe 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 die Möglichkeiten der Fabrikation stark erweitert. Insbesondere in der Verfahrenstechnik werden so neue Apparate, die an die gewünschte Funktion optimal angepasst sind, möglich. Beispielhaft sei hier auf die am IMVT entwickelten Strömungsleitelemente (https://www.imvt.kit.edu/1649.php) verwiesen. Diese Möglichkeiten sollen nun genutzt werden, um eine neue kompakte Absorptions- und Rektifikationsapparatur zu entwickeln.

Abbildung 1: Angepasstes Strömungsleitelement für Absorption- und Destillationsprozesse (gedrucktes Strömungsleitelement, CAD-Modell, REM-Aufnahme der Mikrostruktur).

Forschungsthemen und Aufgaben der Arbeit:

Im Rahmen der Bachelor- bzw. Masterarbeit sollen diese Strömungsleitelemente (vgl. auch Abbildung 1) nun hinsichtlich der Anwendung für die Absorption von CO₂ in Wasser/Natronlauge untersucht werden. Mittels dieses Modellsystems soll die benetzte Fläche und die Intensivierung des Stoffübergangs untersucht werden. Diese Ergebnisse können als Ausgangspunkt für die Optimierung der Elemente für Destillation genutzt werden. Die Strukturen lassen sich mittels mehreren (geometrischen) Parametern variieren, daher kann die Arbeit eine statistische Versuchsplanung umfassen. Eine weitergehende Charakterisierung der Oberflächen (REM-Aufnahmen, Profilometrie) und deren Eigenschaften(Kontaktwinkel; kapillare Steighöhe, Benetzungsverhalten) sollen zur Interpretation der Ergebnisse herangezogen werden.

Aufgaben der Arbeit sind:

• Druck verschiedener Strukturen mittels selektivem Laserschmelzen;
• Charakterisierung der Benetzungseigenschaften (kapillare Steighöhe, Kontaktwinkel);
• Charakterisierung der gedruckten Strukturen hinsichtlich der Absorption von CO₂ in Wasser bzw. Natronlauge

Der Umfang (Bachelorarbeit, Masterarbeit oder HiWi-Tätigkeit) sowie der Schwerpunkt der Arbeit kann nach Absprache festgelegt werden. Basiskenntnisse der Chemie/ des Chemieingenieurwesens sind Voraussetzung.

Anfang der Arbeit: sofort
Aufgabensteller: Prof. Dr.-Ing. R. Dittmeyer
Betreuer: M. Sc. F. Grinschek