Hintergrund

Die Entwicklung nachhaltiger Energietechnologien ist ein zentraler Baustein zur Re­duk­tion von CO₂-Emissionen. Wasserstoff spielt dabei als sauberer Energieträger eine wich­ti­ge Rolle. Ein vielversprechender Ansatz ist die photokatalytische Wasserspaltung, bei der aus Wasser und Licht ein H2/O2-Gemisch erzeugt wird.

Um dieses Gasgemisch technisch nutzbar zu machen, ist eine effiziente Trennung der Kom­ponenten erforderlich. Am Institut wird hierfür der Einsatz von Membranen un­ter­sucht, da diese eine kontinuierliche und energieeffiziente Pro­zessführung ermöglichen kön­nen.

Für die Auslegung und Bewertung solcher Membranprozesse ist ein fundiertes Ver­ständ­nis der Transporteigenschaften der beteiligten Gase im Membranmaterial er­for­der­lich. Die Permeabilität eines Gases wird durch Diffusion und Lös­lichkeit bestimmt und stellt eine zentrale Kenngröße zur Beschreibung der Trennleistung dar. Ziel dieser Arbeit ist es da­her, die Transporteigenschaften von Wasserstoff und Sauerstoff experimentell zu cha­rak­terisieren und mit Messungen an binären H2/O2-Gemischen zu vergleichen.

Aufgabenstellung

Im Rahmen der Masterarbeit sollen die Permeabilität und die daraus abgeleiteten Trans­port­parameter von Wasserstoff und Sauerstoff in einem ausgewählten Membranmaterial ex­perimentell untersucht werden. Dazu werden zunächst Single-Gas-Experimente bei un­ter­schiedlichen Feed-Drücken durchgeführt. Anschließend werden die Ergebnisse mit Per­meationsdaten binärer H₂/O₂-Gemische verglichen, wobei sowohl der Feed-Druck als auch die Feed-Zusammensetzung variiert werden.

Die gewonnenen Daten sollen außerdem als Grundlage für ein rudimentäres MATLAB-ba­sier­tes Modell eines Membranmoduls dienen. Dieses Modell soll perspektivisch die Be­wer­tung mehrstufiger Membrantrennprozesse ermöglichen.

• Literaturrecherche zu Gastransportmechanismen in Membranen sowie zu Methoden zur Bestimmung von Permeabilität und Löslichkeit
• Durchführung von Single-Gas-Experimenten mit H₂ und O₂ unter Variation des Feed-Drucks
• Durchführung von Versuchsreihen mit binären H₂/O₂-Gemische unter Variation von Feed-Druck und Feed-Zusammensetzung
• Auswertung der experimentellen Daten zur Bestimmung der Single-Gas- und Gemisch-Permeabilitäten
• Abschätzung des Diffusions- und Löslichkeitsbeitrags zur Permeabilität, z. B. mithilfe Time-Lag-Methode
• Vergleich der idealen Single-Gas-Permeabilitäten mit den Permeationseigenschaften binärer Gasgemische
• Aufbau einer Datengrundlage und Implementierung eines ersten MATLAB-Modells zur Beschreibung eines Membranmoduls
• Dokumentation und Präsentation der Ergebnisse im Rahmen des IMVT-Seminars

Gesuchtes Profil

• Studierende der Verfahrenstechnik, des Chemieingenieurwesen oder einen ver­wandten Studiengang
• Interesse an experimenteller Laborarbeit und Mem­branprozessen
• Sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise
• Erste Erfahrungen mit MATLAB oder einer vergleichbaren Programmiersprache sind von Vorteil