Masterarbeit

Hintergrund:

In Deutschland stammt bereits mehr als die Hälfte der elektrischen Energie aus erneuerbaren Quellen. Trotzdem laufen konventionelle Kraftwerke weiter mit, denn sie stellen Momentanreserve und Primärregelleistung bereit — die schnellen Dienste, die das Netz im Bereich von Sekunden bis Minuten zusammenhalten. Künftig sollen Windenergieanlagen als Erzeuger und Elektrolyseure als große, steuerbare Verbraucher diese Aufgabe übernehmen.

Elektrolyseure gelten dabei als flexibel. Wie schnell und wie weit sie ihre Leistung tatsächlich ändern dürfen, ist jedoch durch elektrochemische, thermische und anlagentechnische Grenzen bestimmt und in der Literatur nur bruchstückhaft dokumentiert.

Aufgabenstellung:

Die Arbeit soll klären, wie schnell und wie weit ein Elektrolyseur seine Leistung ändern kann und was daraus für Momentanreserve und Primärregelleistung folgt. Dazu wird der Stand des Wissens zusammengetragen und ein einfaches Modell aufgebaut, mit dem sich das Verhalten der Anlage in Netzsimulationen abbilden lässt.

Arbeitsinhalte:

• Recherche zu zulässigen Rampen, kleinster Teillast, Überlastbarkeit, thermischem Verhalten und Alterung bei häufigen Lastwechseln, für PEM- und alkalische Elektrolyse
• Einordnung der gefundenen Angaben nach den Zeitskalen, die für das Netz maßgeblich sind
• Aufbau eines vereinfachten elektrischen Ersatzmodells und Parametrierung anhand veröffentlichter Daten
• Anwendung des Modells auf typische Anforderungen aus den Netzrichtlinien und Bewertung des möglichen Beitrags

Voraussetzungen:

Die folgenden Punkte sind von Vorteil, aber keine Bedingung. Eine Einarbeitung ist vorgesehen.

• Grundkenntnisse der Technischen Thermodynamik und der Elektrochemie
• Erfahrung mit Matlab/Simulink, Python oder einer vergleichbaren Umgebung
• Freude an Modellbildung und Bereitschaft zur Arbeit mit englischsprachiger Fachliteratur

Zielsetzung:

Am Ende steht ein nachvollziehbar parametriertes Modell, das den Elektrolyseur für Netz- und Regelungssimulationen nutzbar macht, zusammen mit einer Aussage darüber, welchen Beitrag die Anlage zur Stabilität des Netzes leisten kann.

Betreuer des Lehrstuhls: M.Sc. Finn Börje Wesemeyer, Prof. Karsten Müller

Studien- oder Masterarbeit, insb. für Wirtschaftsingenieurwesen

Hintergrund:

Wasserstoff ist Teil der Lösung der Energieprobleme der Zukunft.
Wasserstoff zu speichern – daran arbeiten wir.

Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs) bieten dabei Vorteile wie eine große Speicherdichte,
quasi keine Lagerungsverluste und gute Lagerungs-/Transportbedingungen.
LOHC-Mischungen haben das Potential, die Eigenschaften des Speichers anzupassen und zu
optimieren.

Aufgabenstellung:

Um stoffliche Untersuchungen rund um das Thema LOHC-Mischungen einordnen und techno-ökonomisch bewerten zu können, soll eine Bewertungslogik entwickelt werden, die sich auf verschiedene LOHCs und LOHC-Mischungen anwenden lässt.

Ziel der Arbeit ist es,

• techno-ökonomische Bewertungskriterien zu identifizieren
• die Besonderheiten und Sensitivitäten bei LOHC-Mischungen im Kontext der Bewertung zu beschreiben
• eine gewichtete Bewertungsmethodik zu formulieren
• die Bewertungsmethodik mit realen Daten zu validieren.

Es können je nach persönlicher Präferenz und individueller Ausgestaltung des Themas auch eigene Experimente zur Validierung der Bewertungsmethodik im Stoffdaten-Labor durchgeführt werden.

Aus besonders gelungenen Arbeiten können wir zusammen ein Paper veröffentlichen – mit Dir als Koautor!

Betreuer des Lehrstuhls:  M.Sc. Max Philipp
                                                                                   

Projekt-, Bachelor-, Studien-, Masterarbeit

Hintergrund

Die zuverlässige Bestimmung von Dampfdruckdaten ist eine zentrale Voraussetzung für die Auslegung thermischer Trennprozesse sowie für die Modellierung von Phasengleichgewichten. Die Transpirationsmethode stellt insbesondere für niedrigflüchtige Stoffe ein etabliertes Messverfahren dar. Ihre Genauigkeit hängt jedoch wesentlich von den gewählten experimentellen Randbedingungen ab, insbesondere vom Volumenstrom des Trägergases. Für die Substanz Methyl decanoate liegen in der Literatur gut abgesicherte Dampfdruckdaten vor. Diese Substanz eignet sich daher als Referenzsystem zur methodischen Untersuchung der Transpirationsmethode.

Ziel der Arbeit ist es, die Messbedingungen zu identifizieren, unter denen die Transpirationsmethode verlässlich eingesetzt werden kann. Als Qualitätskriterium dient die Übereinstimmung der experimentell bestimmten Dampfdruckdaten mit verfügbaren Literaturwerten für Methyl decanoate. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Einfluss des Volumenstroms des Trägergases auf systematische Abweichungen und die Messgenauigkeit.

Aufgabenstellung

Ziel der Arbeit ist die experimentelle Bestimmung des Dampfdrucks von Methyl decanoate mit der Transpirationsmethode sowie die systematische Untersuchung des Einflusses des Volumenstroms auf die Messgenauigkeit.

Die Aufgaben umfassen insbesondere:

• Einarbeitung in die theoretischen Grundlagen der Dampfdruckbestimmung

• Literaturrecherche zur Transpirationsmethode und zu vorhandenen Dampfdruckdaten

• Aufbau, Kalibrierung und Inbetriebnahme des Versuchsstandes

• Durchführung von Messreihen bei variierenden Volumenströmen

• Quantitative Auswertung der Messergebnisse

• Analyse des Einflusses des Volumenstroms auf Genauigkeit und Reproduzierbarkeit

• Vergleich mit Literaturdaten und geeigneten Korrelationen (z. B. Antoine-Gleichung)

• Dokumentation und Diskussion der Ergebnisse

Der konkrete Umfang und die wissenschaftliche Tiefe werden an das Niveau einer Bachelor- oder Masterarbeit angepasst.

Voraussetzungen

• Interesse an experimenteller Arbeit im Labor

• Selbstständige und strukturierte Arbeitsweise

• Grundkenntnisse in Thermodynamik und Strömungsmechanik sind von Vorteil

Lernziele

• Vertiefung thermodynamischer Grundlagen (Phasengleichgewichte, Dampfdruck)

• Anwendung von Methoden der Messdatenanalyse und Fehlerrechnung

• Kritische Bewertung experimenteller Ergebnisse

Betreuer des Lehrstuhls:  M.Sc. Constantin Hoyme, Dr. Riko Siewert
                                                                                   

Bachelor- oder Masterarbeit

Hintergrund

Numerische Strömungsmechanik (CFD) hat sich als Schlüsseltechnologie in der Analyse und Optimierung komplexer thermo-physikalischer Prozesse etabliert. In einer Vielzahl industrieller Anwendungen – von Verbrennungs- und Energiesystemen über chemische Reaktoren bis hin zu Batteriespeichern – spielen Strömung, Wärme- und Stofftransport sowie chemische Reaktionen eine zentrale Rolle für Effizienz, Sicherheit und Emissionsverhalten. Um diese Prozesse realitätsnah abzubilden, kommen je nach Fragestellung verschiedene physikalische Modelle, Mehrphasenansätze und Reaktionsmechanismen zum Einsatz. 

Mögliche Themenfelder

Je nach Interessenslage und Studienschwerpunkt können unter anderem folgende Themen bearbeitet werden:

• Reaktive Strömungen in Brennkammern und Industrieprozessen (z. B. mit Eddy Dissipation oder Flamelet-Modellen)

• Einfluss diskreter Partikelphasen auf Verbrennung und Emissionsbildung

• Kavitation und Phasenwechsel in Einspritzsystemen oder Ventilen

• Gas-Flüssig-Strömungen in gerührten Reaktoren zur Analyse von Stoff- und Wärmetransport

• Thermoelektrische Modellierung und Temperaturmanagement von Batteriemodulen

Vorgehen und Methodik

Nach einer individuellen Themenabsprache erfolgt eine Einführung in die relevanten physikalischen Modelle (Turbulenz, Reaktion, Phasenwechsel etc.) und die numerische Simulationsumgebung (z. B. Ansys Fluent). Darauf aufbauend wird ein Geometriemodell erstellt, geeignete Randbedingungen definiert und eine systematische Parametervariation durchgeführt. Die Auswertung umfasst u. a. Temperatur- und Stoffverteilungen, Effizienzkennzahlen oder Erosionsindikatoren – je nach Thema.

Zielsetzung
Ziel ist es, durch simulationsgestützte Untersuchungen fundierte Einblicke in das Zusammenspiel physikalischer Effekte zu gewinnen und daraus Handlungsempfehlungen für Design oder Betrieb technischer Systeme abzuleiten. Die genaue Schwerpunktsetzung erfolgt im persönlichen Gespräch.

Kontakt
Bei Interesse an einer themenoffenen Arbeit im Bereich Strömung, Reaktion und Energie wenden Sie sich gerne an: M. Sc. Erik Ortmann 

Beeinflussbarkeit der Viskosität und anderer Eigenschaften von LOHCs durch Additive

Wasserstoff wird als vielversprechender Kandidat für die Speicherung von Energie gesehen. Allerdings ist seine eigene Lagerung teilweise anspruchsvoll. Zur Lösung dieses Problems werden Flüssige Organische Wasserstoffträger (LOHC) eingesetzt. Diese binden Wasserstoff und erlauben so eine sichere und energiedichte Lagerung. 

Die Handhabung von LOHCs wird wesentlich durch Ihre physikalischen Eigenschaften bestimmt. Ein wichtiger Faktor in diesem Zusammenhang ist die Viskosität, die nicht zu hoch sein sollte.

Ziel dieser studentischen Arbeit soll es sein mögliche Additive zur Beeinflussung der Viskosität und anderer wichtiger Eigenschaften von LOHCs zu testen. Dadurch sollen Grundlagen geschaffen werden, um die Handhabung der LOHCs zu verbessern ohne Abstriche bei Effizienz oder Speicherdichte in Kauf nehmen zu müssen.

Ansprechpartner: Dr. Riko Siewert