Projekt- oder Bachelorarbeit

Die Speicherung von Wasserstoff ist ein zentrales Element zukünftiger Energiesysteme. Neben Druck- und Flüssigspeichern stellen Metallhydridspeicher eine vielversprechende Alternative dar, da sie eine kompakte, sichere und reversible Wasserstoffspeicherung ermöglichen. Um ihre Praxistauglichkeit zu bewerten, ist eine detaillierte Zuverlässigkeitsanalyse erforderlich, die technische Schwachstellen, Redundanzkonzepte und potenzielle Optimierungsmöglichkeiten aufzeigt.

Ziel und Inhalt der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung einer softwaregestützten Zuverlässigkeitsanalyse für ein Metallhydridspeichersystem.
Dazu soll eine geeignete Software ausgewählt, erlernt und auf das System angewendet werden. Sofern keine passende Lösung existiert, kann alternativ ein Konzept oder eine eigene Softwarestruktur zur Abbildung der Zuverlässigkeit entwickelt werden.

Der Fokus liegt auf der praktischen Umsetzung innerhalb der Software – insbesondere auf der Modellierung von Ausfallraten, Energieflüssen, Redundanzen und Optimierungspotenzialen innerhalb des Systems.
Der Betreuer stellt dazu ein ingenieurtechnisch entworfenes Schaltbild sowie relevante Zuverlässigkeitsdaten zur Verfügung.

Mögliche Arbeitspakete

• Recherche und Bewertung geeigneter Softwaretools für Zuverlässigkeitsanalysen (z. B. OpenReliability, SAPHIRE)
• Einarbeitung in die gewählte Softwareumgebung und Aufbau einer Modellstruktur
• Import und Verarbeitung der bereitgestellten System- und Zuverlässigkeitsdaten
• Durchführung einer systematischen Zuverlässigkeitsanalyse mit Fokus auf Ausfallraten, Redundanzen und Energieflüsse
• Interpretation und Bewertung der Ergebnisse hinsichtlich Systemzuverlässigkeit und Optimierungspotenzial
• Dokumentation der Vorgehensweise und Präsentation der Ergebnisse

Bedeutung der Arbeit

Die Arbeit leistet einen Beitrag zur Entwicklung und Bewertung von zuverlässigen, energieeffizienten Wasserstoffspeichersystemen. Durch die softwaregestützte Analyse wird gezeigt, wie digitale Werkzeuge zur Bewertung und Optimierung komplexer Energiesysteme eingesetzt werden können – ein zentraler Baustein für zukünftige nachhaltige Energiestrukturen.

Betreuer des Lehrstuhls:  M.Sc. Finn Börje Wesemeyer
                                                                                   

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 

Bachelor- oder Masterarbeit

Ziel und Inhalt der Arbeit
Im Rahmen dieser Arbeit soll eine umfassende techno-ökonomische Untersuchung zweier innovativer CO₂-Abscheidungstechnologien – der kryogenen CO₂-Abscheidung und der Electro Swing Adsorption (ESA) – durchgeführt werden. Ziel ist es, die technischen Grundlagen, Einsatzmöglichkeiten, wirtschaftlichen Potenziale und Herausforderungen beider Technologien systematisch zu analysieren und miteinander zu vergleichen.

Mögliche Arbeitspakete

• Stand der Entwicklung und aktuelle Forschungsansätze
• Typische Einsatzgebiete (z. B. Industrie, Schifffahrt)
• Techno-ökonomische Bewertung
  • Investitions- und Betriebskosten (CAPEX/OPEX)
  • Potenzial zur Integration in bestehende industrielle Prozesse (konkreter Anwendungsfall)
  • Verfügbarkeit und Lebensdauer der eingesetzten Materialien
• Vergleich der Technologien anhand definierter technischer und wirtschaftlicher Kriterien
• Potenzial für zukünftige Anwendung im Kontext der Klimaneutralität

Betreuer des Lehrstuhls:  M.Eng. Lena Daum
                                                                                   

Masterarbeit

Im Zuge der Energiewende und der zunehmenden Notwendigkeit zur Reduktion von Treibhausgasemissionen gewinnen CO₂-Abscheidungstechnologien zunehmend an Bedeutung. Kryogene Verfahren zur CO₂-Abscheidung stellen dabei eine vielversprechende Alternative zu chemischen Verfahren dar, insbesondere im Hinblick auf Reinheit des abgeschiedenen CO₂ und Integration in bestehende industrielle Prozesse. Eine fundierte Zuverlässigkeitsanalyse ist notwendig, um die Praxistauglichkeit und Betriebssicherheit solcher Systeme zu bewerten.

Ziel und Inhalt der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist die Durchführung einer Zuverlässigkeitsanalyse für eine kryogene CO₂-Abscheidungstechnologie. Dabei sollen sowohl technische Komponenten als auch betriebliche Randbedingungen berücksichtigt werden. Auf Basis von Modellen und Literaturdaten sollen Schwachstellen identifiziert und Optimierungspotenziale aufgezeigt werden.

Mögliche Arbeitspakete

• Entwurf und detaillierte Beschreibung eines geeigneten Anlagenkonzepts
• Recherche und strukturierte Aufbereitung relevanter Zuverlässigkeitsdaten
• Aneignung und praktische Anwendung von Methoden der Zuverlässigkeitsberechnung (z. B. FMEA, FTA, MTBF, Ausfallraten)
• Durchführung einer systematischen Zuverlässigkeitsanalyse
• Energetische Betrachtung und Analyse potenzieller Synergien
• Identifikation und Bewertung von Optimierungspotenzialen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Energieeffizienz

Betreuer des Lehrstuhls:  M.Eng. Lena Daum
                                                                                   

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