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Ausschreibender Bereich: IEK-14 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: 2019M-130, Energietechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen

Masterarbeit: Power-to-Fuel - Prozessmodellierung und Bewertung synthetischer Kraftstoffe auf Basis von Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid

Beginn der Arbeit: Flexibel / nach Vereinbarung

Hintergrund
Die Begrenzung des anthropogenen Klimawandels erfordert erhebliche Reduktionen der Treibhausgasemissionen in allen Sektoren. Im Energie- und Haushaltsektor ist durch die Einführung unterschiedlicher nachhaltiger Technologien ein erster Rückgang zu verzeichnen, wohingegen die CO2-Emissionen des Verkehrssektors bisher auf einem konstanten Niveau bleiben. Trotz des beginnenden Übergangs zu elektrifizierten Antriebssystemen ist insbesondere im Schwerlast-, Schiffs- und Luftverkehr auch in Zukunft mit einer hohen Nachfrage nach flüssigen Kraftstoffen mit hoher Energiedichte zu rechnen. Eine Option, um hierfür eine CO2-Neutralität zu erreichen, bietet das Power-to-Fuel (PtF) Konzept. Dieses sieht die Synthese unterschiedlicher Kohlenwasserstoffe und Oxygenate ausgehend von Wasserstoff mit Kohlenstoffdioxid vor. Wasserstoff kann hierbei nachhaltig über regenerativ erzeugten Strom mithilfe einer Wasserelektrolyse hergestellt werden. Mögliche CO2-Quellen sind Industrieprozesse, Biomasse oder die Atmosphäre. Eine interessante Technologie zur Umsetzung von PtF-Konzepten stellt die Ko-Elektrolyse dar. Hierbei kann in einem Schritt aus Wasserdampf und CO2 ein Synthesegas (H2+ CO) hergestellt werden. Dieses kann in einem zweiten Schritt zum Beispiel in einer Fischer-Tropsch-Synthese zu flüssigen Kraftstoffen umgesetzt werden.

Am „Institut für Energie- und Klimaforschung: Elektrochemische Verfahrenstechnik" (IEK-14) werden alternative Kraftstoffe wissenschaftlich auf unterschiedlichen Ebenen untersucht. Der Ansatz umschließt die marktwirtschaftliche Analyse von Einführungsstrategien, die verfahrenstechnische Analyse mit Prozesssimulationen, die Reaktorentwicklung und die Analyse des Emissionsreduktionspotentials der synthetischen Kraftstoffe.

Aufgabengebiet
Im Rahmen dieser Arbeit sollen Prozessmodelle für eine Ko-Elektrolyse mit anschließender Fischer-Tropsch Synthese aufgestellt werden. (Dabei kann auf einen Grundstock an Modellen zurückgegriffen werden). Die Modellierung erfolgt in AspenPlus und liefert Eingangsdaten für eine energetische, technische und ökonomische Bewertung der gesamten Prozesskette von Wasser und Kohlenstoffdioxid bis zum synthetischen Kraftstoff. Die ökonomische Analyse erfolgt dabei mit Standardverfahren des Anlagenbaus. Die erstellten Kraftstoffsynthesen sind im Anschluss mit bereits bestehenden Modellierungen zu vergleichen und einzuordnen.

Dafür sind u.a. folgende Arbeiten durchzuführen:

  • Literaturrecherche zu Power-to-Fuel Technologien mit dem Fokus auf der Ko-Elektrolyse in Verbindung mit einer Fischer-Tropsch-Synthese
  • Literaturrecherche zu den zu erfüllenden Spezifikation und Normen heutiger Kraftstoffe
  • Erstellung von Prozesssimulations-Workflows der aus der Literaturrecherche ausgewählten Verfahren
  • Überprüfung der produzierten Kraftstoffe in Bezug auf die jeweils gültige Norm und Bewertung der möglichen Abweichungen
  • Techno-ökonomische Bewertung der untersuchten Verfahren und Vergleich zu alternativen Erzeugungsrouten

Anforderungen

  • Eigenständige und wissenschaftliche Arbeitsweise
  • Motivation und Einsatzbereitschaft für die Arbeit in einem interdisziplinären Themengebiet der Energie- und Verfahrenstechnik
  • Gute Leistungen in Ihrem Studium der Verfahrenstechnik, Energietechnik, des Maschinenbaus, des Wirtschaftsingenieurwesens oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Vorkenntnisse in der verfahrenstechnischen Prozessanalyse sind wünschenswert
  • Sehr gute Deutsch- und Englisch-Kenntnisse in Wort und Schrift

Unser Angebot

  • Eine vielseitige, hochmotivierte Arbeitsgruppe internationaler Prägung innerhalb einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa.
  • Eine hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur.
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort.

Ansprechpartner
Felix Schorn (M. Sc.)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Brenngaserzeugung und Systeme - Zukünftige Kraftstoffe
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: f.schorn@fz-juelich.de
Tel. 02461 61-4394