Wir ar­bei­ten am Lehr­stuhl für Flu­id­ver­fah­rens­tech­nik ak­tu­ell in drei Schwer­punkt­the­men:

De­sign und Op­ti­mie­rung von Ap­pa­ra­ten für Wär­me- und Stoff­trans­port

Effiziente Apparate für den Wärme- und Stofftransport stellen die Basis effizienter und damit ressourcenschonender Prozesse dar. Neben dem elementaren Verständnis der elementaren Transportprozesse mit Hilfe numerischer Methoden widmen wir uns der experimentellen Untersuchung und Optimierung der Apparate und Unit Operations. Ein besonderer Fokus liegt hier einerseits auf energieeffizienten Wärmeübertragern und nicht-reaktiven und reaktiven Trennapparaten. Im Bereich der Wärmeübertrager untersuchen wir insbesondere Kissenplattenapparate, die auf Grund ihrer Geometrie eine Intensivierung des Wärmeübergangs bei gleichzeitig einfacher Skalierung versprechen. Im Bereich der Trennapparate beschäftigen wir uns intensiv mit dem Einsatz strukturierter Packungen als trennwirksame Einbauten. Dabei reicht unser Interesse von der detaillierten Aufklärung der Flüssigkeitstopologie auf den mikrostrukturierten Blechen bis hin zur integralen experimentellen Charakterisierung von Fluiddynamik und Stofftransport.

Im weiteren finden Sie einige aktuelle Veröffentlichen aus diesem Forschungsschwerpunkt:

Ent­wick­lung von Wär­me­spei­chern für ho­he Tem­pe­ra­tu­ren und Ka­pa­zi­tä­ten

Um den Anteil regenerativer Energiequellen auch im Bereich der Wärmebereitstellung zu erhöhen bedarf es neben entsprechender Technologien zur Energiewandlung auch Möglichkeiten zur Energiespeicherung, bzw. zur Wärmespeicherung. Eine technische Lösung ist der Einsatz von Latentwärmespeichern, bei denen die thermische Energie durch den Phasenwechsel eines spezifischen Materials (Phase Change Material, PCM) ein- bzw. ausgespeichert wird. Diese PCM Materialien können in unterschiedlicher Form vorliegen und bestimmen durch ihre physikalischen Eigenschaften die Speichertemperatur. Wir entwickeln entsprechende Latentwärmespeichersysteme für unterschiedliche Anwendungen und untersuchen diese mit Hilfe von theoretischen und experimentellen Studien. In aktuellen Arbeiten fokussieren wir uns auf die Entwicklung von Hochtemperatur-Wärmespeichern für den industriellen Einsatz und makroverkapselten PCM-Speichern mit erhöhter Kapazität für den Einsatz in Wohngebäuden und Quartieren.

Bisherige Veröffentlichungen aus diesem Forschungsschwerpunkt:

  • M. Grabo, E. Acar, E. Kenig: Modeling and improvement of a packed bed latent heat storage filled with non-spherical encapsulated PCM-Elements, 2021, https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.04.022
  • M. Grabo, C. Staggenborg, K.A. Philippi, E. Kenig: Modeling and Optimization of Rectangular Latent Heat Storage Elements in an Air-Guided Heat Storage System, 2020, https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.571787
  • M. Grabo, D. Weber, A. Paul, T. Klaus, W. Bermpohl, S. Krauter, E. Kenig: Numerical Investigation of the Temperature Distribution in PCM-integrated Solar Modules, 2019, https://doi.org/10.3303/CET1976150

Sek­to­ren­kopp­lung, Wär­me­in­te­gra­ti­on und De­mand Side Ma­nage­ment

Die Kopplung von Energiesystem und industrieller Produktion geht weit über das Thema Wärmespeicherung hinaus. Ein Baustein ist die Nutzung von chemischen Energieträgern als Kopplungselement. Hierbei beschäftigen wir uns mit der Herstellung von synthetischen Erdgas aus CO2 und Wasserstoff und der Herausforderung, die dafür notwendigen Power-to-Gas Anlagen entsprechend der lokal vorherrschenden Randbedingungen optimal auszulegen und zu betreiben. Ein weiterer Baustein ist die Integration von Wärmepumpen und -speicher in industrielle Produktionsprozesse. Hierzu fehlen Heuristiken und Bewertungsmethoden, die mögliche Integrationspunkte identifizieren und eine potentielle Integration schnell und aufwandsarm zu bewerten. Ein weiterer Baustein ist das Demand Side Management, welches die Anpassung der Prozessführung an die Randbedingungen des Energiesystems insbesondere der volatilen Strompreise beschreibt. Herausforderungen bestehen hier insbesondere in Bezug auf die Integration von DSM Programmen in Prozessen der (bio-)chemischen Industrie.

Weiterführende Literatur zu diesem Forschungsschwerpunkt: