Qualifizierung eines Infrarotofen-Systems für die solare Brennstofferzeugung

Im Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) werden Konzepte und Technologien zur Herstellung von Synthesegas für den potentiellen Einsatz als Kraft- und Brennstoff entwickelt. Einen Schwerpunkt bildet dabei die Entwicklung von Komponenten- und Verfahren, um die Einkopplung konzentrierter Sonnenstrahlung in chemische Prozesse zu ermöglichen. Unter anderem wird ein sehr vielversprechender Kreisprozess erforscht, bei dem Wasser oder CO2 mittels konzentrierter Sonnenstrahlung in zwei Prozessschritten mit Hilfe von Redoxmaterialien in Wasserstoff oder Kohlenstoffmonoxid und Sauerstoff gespalten wird. Mittels eines speziell entwickelten Solarreaktors konnte bereits im Sonnenofen des DLR Wasserstoff produziert werden. Für diese Anwendung ist auch eine Pilotanlage auf einem Solarturm in Betrieb genommen worden.

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung der Materialien, die die Redoxreaktion bei moderaten Reaktionsbedingungen ermöglichen. Vor allem Temperatur und Sauerstoffpartialdruck sind die beiden entscheidenden Prozessparameter. Schließlich wird die Effizienz und Praktikabilität des Gesamtprozess durch die Kinetik dieser Reaktion entscheidend mitbestimmt.

Ziel dieser Bachelor-, Master- oder Diplomarbeit ist es, einen auf einem Infrarotofen mit extrem hohen Heizraten basierenden Teststand in Betrieb zu nehmen und für die Untersuchung von Redoxmaterialien zu qualifizieren. Dazu wird der Teststand mit den notwendigen Sensoren, Kühlsystemen und einer Regel- und Ausleseeinheit vervollständigt. Alle Mess- und Steuersysteme werden sorgfältig kalibriert. Der Installation, Inbetriebnahme und dem Funktionstest aller notwenigen Teileinheiten folgt eine erste Experimentalreihe mit einer Referenzsubstanz, um das Betriebsverhalten des Experimentalaufbaus kennenzulernen, zu optimieren und zu dokumentieren. Besondere Bedeutung kommt dabei der genauen Erfassung des bei der Redoxreaktion freigesetzten Sauerstoffs zu. Dazu kommen verschiedene Sauerstoffsensoren und ein Massenspektrometer zum Einsatz. Teil der Aufgabe ist eine vergleichende Bewertung der verschiedenen Messverfahren. Als Ergebnis der Arbeit sollten neben einer Gesamtdokumentation (Abschlussarbeit) auch Kalibrationsdokumente und eine Betriebsanleitung des Teststands für künftige Anwender erstellt werden. Optional wäre eine zusätzliche CFD-Simulation zur Bewertung der Sauerstofffreisetzung im Reaktionsraum und zur Einordnung der erzielten experimentellen Ergebnisse.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Abschlussart

Bachelorarbeit / Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Öl und Energie

Schlagwörter

Energietechnik Verfahrenstechnik Maschienenbau CFD-Simulation Mess- und Steuersysteme Redoxreaktionen Redoxmaterialien Solarreaktor Synthesegas Kraft- und Brennstoff

Anforderungen

• Studium in Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Materialwissenschaften, Chemie oder ähnliche Erfahrung in computerbasierter Datenakquise
• gute Kommunikationsfähigkeit in Englisch
• schriftliche Ausdrucksfähigkeit in Englisch (und Deutsch)
• Freude am praktischen Arbeiten sowie experimentelles Geschick
• selbstständige Arbeitsweise
• ggf. Erfahrung mit CFD-Software

Zusatzinformationen

DLR-Institut für Solarforschung Köln

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