SFB/TRR 287 „BULK-REACTION“: HOCHTEMPERATUR-PARTIKELPROZESSE IN DEN GRIFF BEKOMMEN

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ForscherInnen der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wollen gemeinsam mit Partnern der Ruhr-Universität Bochum den enormen Energie- und Rohstoffeinsatz großindustrieller Partikel-Produktionsverfahren senken.

Im neuen Sonderforschungsbereich SFB/TRR 287 „BULK-REACTION“ finanziert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) mit ca. 10 Millionen € über 4 Jahre die Entwicklung validierter Computersimulationsmodelle für bisher schwer kontrollierbare, aber sehr energieintensive Partikel-Produktionsverfahren, zum Beispiel bei der Herstellung von Zement oder Keramik in Hochtemperaturöfen, bei der Röstung von Kaffeebohnen oder bei der Trocknung von Tabletten. Mit den Simulationsmodellen sollen diese Prozesse endlich so beherrschbar werden, dass die Energieeffizienz bei reduziertem Rohstoffverbrauch und CO2-Ausstoß deutlich gesteigert werden kann.

Im Sonderforschungsbereich werden rund 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Magdeburg und Bochum aus den Ingenieurwissenschaften, der Informatik und der Physik über die nächsten vier Jahre gemeinsam aufwändige Computersimulationsmodelle entwickeln und diese durch innovative experimentelle Messverfahren validieren. Als Leiter des Projektes agieren Prof. Viktor Scherer, Inhaber des Lehrstuhls für Energieanlagen und Energieprozesstechnik an der Ruhr-Universität Bochum und Prof. Dominique Thévenin, Inhaber des Lehrstuhls für Strömungsmechanik und Strömungstechnik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg.

An der Universität Magdeburg sind folgende Gruppen beteiligt (in alphabetischer Reihenfolge):

  • Prof. Frank Beyrau, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, charakterisiert in seinen Projekten die Temperatur- und Abgasverteilung in komplexen Partikelschüttungen.
  • Prof. Benoît Fond, Arbeitsgruppe für Experimentelle Thermofluidik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, entwickelt Messtechniken, um die Gastemperaturen und Zusammensetzungen in den Zwischenräumen von Schüttungen besser erfassen zu können.
  • Dr. Abdolreza Kharaghani, Arbeitsgruppe für Porennetzwerkmodellierung, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, vermisst und modelliert die innere Struktur poröser Partikel, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.
  • Prof. Christian Lessig, Arbeitsgruppe für Computergraphik, Fakultät für Informatik, entwickelt Simulationen für optische Messverfahren, die es erlauben sollen, diese auch in schwer zugänglichen Geometrien, wie Partikelzwischenräumen, einzusetzen.
  • Prof. Oliver Speck, Lehrstuhl für Biomedizinische Magnetresonanz, Fakultät für Naturwissenschaften, entwickelt die Magnet-Resonanz-Tomographie zur Bestimmung von Gasgeschwindigkeiten in Partikelzwischenräumen weiter.
  • Prof. Dominique Thévenin, Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, simuliert die lokalen Geschwindigkeits-, Konzentrations- und Temperaturfelder in den Partikelreaktoren mittels Lattice-Boltzmann Berechnungen.
  • Prof. Evangelos Tsotsas, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, untersucht die Wärmeleitung durch bzw. zwischen Partikeln komplexer Form über den Gaszwickel, flache Kontakte und die feste Phase.
  • Prof. Berend van Wachem, Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, führt akkurate numerische Simulationen durch und leitet davon reduzierte Modelle zur Beschreibung der Strömung in großskaligen Reaktoren ab.
  • Dr. Katharina Zähringer, Arbeitsgruppe für experimentelle Strömungs-mechanik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, entwickelt neue optische Verfahren zur Untersuchung der Geschwindigkeitsfelder in Partikel­zwischen­räumen.

Durch diese Kombination von numerischen Simulationsverfahren mit neuartigen Messverfahren zum Verständnis der Hochtemperatur-Partikelprozesse steigt die Produktqualität, sinkt der Anteil von Ausschuss und schädlichen Emissionen und reduziert sich gleichzeitig der Energieeinsatz. Die WissenschaftlerInnen versprechen sich von ihrer Forschung auch, künftig erneuerbare Energieträger wie Wasserstoff oder Biomasse für diese großindustriellen Produktionsverfahren einsetzen zu können.  „Eine zentrale Motivation ist es, den CO2-Fußabdruck zu verkleinern“, so Prof. Thévenin. „Das kann uns nur gelingen, wenn wir alle physikalisch-chemischen Prozesse vollständig verstehen.“

 SFB Foto

 

Die beteiligten ProjektleiterInnen an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (Foto : Stefan Rakebrand, OVGU)

Kontakt:

Prof. Dr.-Ing. Dominique Thévenin, Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik, Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Tel: +49 391 67-58570, E-Mail:

Letzte Änderung: 07.10.2020 - Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. habil. Dominique Thevenin