EW-3 Nachwuchsgruppe Regenerative chemische Energiespeicher als Kraftstoffe der Zukunft

Herzlich willkommen auf der Seite der Nachwuchsgruppe "Regenerative chemische Energiespeicher als Kraftstoffe der Zukunft". Unser Team besteht aus Mitgliedern der Technischen Universität Braunschweig, Leibniz Universität Hannover und Physikalisch-Technische Bundesanstalt:

• TUBS, Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik,
• TUBS, Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik,
• TUBS, Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie,
• TUBS, Institut für Verbrennungskraftmaschinen,
• TUBS, Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen,
• LUH, Institut für Technische Verbrennung,
• LUH, Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik,
• PTB, Fachbereich 3.3 Thermophysikalische Größen

Wir beschäftigen uns mit der Erforschung regenerativer Kraftstoffe hinsichtlich Synthese und Nutzung in Flugtriebwerken und Verbrennungsmotoren.

Ein Hauptforschungsschwerpunkt in der Nachwuchsgruppe sind "ElectroFuels", regenerative Kraftstoffe, die durch elektrochemische Synthesen aus regenerativen Quellen hergestellt werden. Der Ansatz gliedert sich grundsätzlich in die zunehmend bedeutender werdenden Konzepte zu "Power-to-X", mit Fokus auf "Power-to-liquid" or "Power-to-molecule" ein. Alleinstellungsmerkmale der Nachwuchsgruppe ist auf der Herstellungsseite sowohl die Beforschung der Synthese organischer Verbindungen über Elektrochemie als auch die Kombination mit dem ElectroFuel Ammoniak. Auf der Seite der Nutzung von ElectroFuels werden mehrere Ansätze verfolgt. Einerseits geht es um die potentielle Nutzung von Ammoniak-Wasserstoff-Gemischen und Ammoniak-Methan-Gemischen sowie auch Methan-Wasserstoff-Gemischen, da hier gezielte Verbrennungseigenschaften gewählt werden können. Andererseits werden auch Verbrennungseigenschaften höherer Kohlenwasserstoffe untersucht. Dies geschieht beispielsweise in der AG Eilts für motorische Verbrennung, in der AG Dinkelacker für Sprayuntersuchungen und für potentielle Nutzung in Flugtriebwerken.

Die elektrochemische Synthese organischer Verbindungen können als Kernelement eines Herstellungsprozesses betrachtet werden (jenseits der üblichen Wasserelektrolyse), bei der auf nachfolgende Fischer-Tropsch-Synthesen verzichtet werden kann. Auf nationaler Ebene besitzt dies einen klaren Alleinstellungscharakter, international haben bislang erst wenige Arbeitsgruppen diesen Weg eingeschlagen.

Ammoniak wird industriell und großskalig aus seinen Elementen H2 und N2 durch das Haber-Bosch-Verfahren mit Hilfe von eisenbasierten Katalysatoren hergestellt. Dieser ist grundsätzlich übertragbar auf Power-to-Ammonia. Seine Funktionsfähigkeit unter hochvariabler Wasserstoff- und Stickstoffzufuhr, inklusive H2O- und O2-Verunreinigung, ist bisher kaum untersucht. Auch hier ist somit eine deutliche Positionierung vorhanden.

Leitung:

• Prof. Dr.-Ing. Ulrike Krewer, TUBS, Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES): Elektrochemische Verfahrenstechnik: Model-gestützte, multiskalige Analyse von elektrochemischen und chemischen Energiespeicher-Konzepten und Energiewandler-Technologien, z. B. Power-to-Ammonia, mikro- und makrokinetische Studien, dynamische Analyse, Degradation, Optimierung von Prozessen uns Systemen.
• Prof. Dr.-Ing. Stephan Scholl, TUBS, Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (ICTV): Verfahrenstechnische Modellierung und Simulation der Prozesskette zur geschlossenen Stoff- und Energiebilanzierung; exp. Untersuchungen im Miniplantmaßstab, Abgasbehandlung.
• Prof. Dr. rer nat. habil. Uwe Schröder, TUBS, Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie (IÖNC): Identifikation geeigneter Substanzen in Abstimmung mit den Anwendern, Erarbeitung der prinzipiellen Vorgehensweise bei der elektrochemischen Herstellung im Labormaßstab.
• Prof. Dr. Friedrich Dinkelacker, LUH, Institut für Technische Verbrennung (ITV): Verbrennung im Flugtriebwerk, Versuche zur Vermeidung von Frühzündung und optimierten Vorvermischung durch maßgeschneiderten Kraftstoff, Mitwirkung bei der Identifikation geeigneter Substanzen.
• Prof. Dr.-Ing. Peter Eilts, TUBS, Institut für Verbrennungskraftmaschinen (ivb): Verhalten verschiedener Kraftstoffe im Verbrennungsmotor, motorische Verbrennung, Betriebsverhalten und Emissionen, Mitwirkung bei der Identifikation geeigneter Substanzen.

Leitung (ohne Förderung in dieser Linie):

• Prof. Dr. rer. nat. Ravi Xavier Fernandes, PTB/TUBS: Reaktionskinetische Untersuchungen von Selbstzündvorgängen und Schadstoffbildung / Schadstoffreduzierung bei der Verbrennung, Mitwirkung bei der Identifikation geeigneter Substanzen. (Förderung durch PTB)
• Prof. Dr.-Ing. Jens Friedrichs, TUBS, Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen (IFAS): EW-4 NWG Skalenauflösende Aerodynamik der Propulsoren, Hochauflösende numerische und experimentelle Untersuchungen der Aerodynamik des Fans bzw. Propellers und Verdichters, Wechselwirkung mit Einlauf (Propulsor inkl. Gondel- und Düsengeometrie) und Einlaufstörungen, aerodynamische und leistungsbilanzierte Integration des Propulsors in das Gesamtsystem
• Prof. Dr.-Ing. Jörg Seume, LUH, Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (TFD): Anpassung der Aufladung von Kolbenmotoren bei alternativen Kraftstoffen sowie Begleitung aus Triebwerkssicht.

Doktoranden:

• M.SC. Patrick Drögemüller, TUBS, IÖNC
• M.Sc. Moritz Rehbein, TUBS, ICTV
• M.Sc. Andreas Goldmann, LUH, ITV
• M.Sc. Christian Meier, TUBS, ivb

1.    Cheema I. I., Krewer U., Operating envelope of Haber–Bosch process design for power-to-ammonia, RSC advances 8 (61), 34926-34936
2.    Moghaddam, A.A., Cheema, I.I.,  Krewer, U. Off-design Operation of Haber-Bosch Process, Nitrogen & Syngas 2019, Berlin, March 12, 2019
3.    Krewer, U., Cheema, I.I., Moghaddam A.A., Beyond Hydrogen -Power-to-Ammonia, Workshop on Future of Hydrogen as Energy Carrier, Brussels, Dezember 12, 2018. (Keynote)
4.    Cheema, I. I., Krewer, U., Operational Performance of Small Scale Ammonia Converters for Power-to-Ammonia, 10th World Congress of Chemical Engineering, Barcelona,Spain, October 1 - 5, 2017
5.    Cheema, I. I., Krewer, U., Improvement of Haber-Bosch Process Reactor Systems for Operational Envelope of Power-to-Ammonia, 1st European Power to Ammonia Conference, Rotterdam, The Netherlands, May 18 - 19, 2017
6.    Cheema, I. I., Krewer, U., Operating Envelope and Energy Requirements of Haber-Bosch Process Designs for Power-to-Ammonia, Jahrestreffen Frankfurt II - Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppen Abfallbehandlung und Wertstoff-rückgewinnung, Energieverfahrenstechnik, Gasreinigung, Hochtemperaturtechnik, Rohstoffe und Kreislaufwirtschaft,Frankfurt am Main, Germany, March 21 - 23, 2017
7.    Cheema, I. I., Krewer, U., Comparison of the Production Flexibility of Ammonia Fuel Reactor Systems for a Decentralised Energy System, Workshop on Sustainable and Smart Energy Carriers for Decentralised Energy Production, Linkebeek, Belgium, March 16 -17, 2017
8.    Rehbein M. C., Meier C., Eilts P., Scholl S.,  Mixtures of Ammonia and Organic Solvents as Alternative Fuel for Internal Combustion Engines, Energy & Fuels, 2019 DOI: 10.1021/acs.energyfuels.9b01450
9.    Goldmann, A.; Sauter, W.; Oettinger, M.; Kluge, T.; Schröder, U.; Seume, J.R.; Friedrichs, J.; Dinkelacker, F.: A Study on Electrofuels in Aviation, Energies 2018, 11, 392, pp 1-23; DOI:10.3390/en11020392
10.    Goldmann, A.; Dinkelacker, F.: Approximation of Laminar Flame Characteristics on Premixed Ammonia/Hydrogen/Nitrogen/Air Mixtures at Elevated Temperatures and Pressures, Fuel, 224, 366-378, 2018. DOI:10.1016/j.fuel.2018.03.030
11.    Kuppa, K.; Goldmann, A.; Dinkelacker, F.: Predicting ignition delay times of C1-C3 alkanes/hydrogen blends at gas engine conditions, Fuel, 222, 859-869, 2018. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.02.064
12.    Kuppa, K.; Goldmann, A.; Schöffler, T.; Dinkelacker, F.: Laminar flame properties of C1-C3 alkanes/hydrogen blends at gas engine conditions, Fuel, 224, 32-46, 2018. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.02.167
13.    Dinkelacker, F.; Galli, F.: How to compare global and local pollutant emissions,18th Stuttgart International Symposium Automotive and Engine Technology, 13.-14. März 2018, Springer Fachmedien Wiesbaden, Vol. 1, S. 311-326, 2018
14.    Shu, B.; Vallabhuni, S.K.; He, X.; Issayev, G.; Moshammer, K.; Farooq, A.; Fernandes, R.X. A shock tube and modeling study on the autoignition properties of ammonia at intermediate temperatures. 37th Int. Sym. Comb., 29 July - 3 August 2018 (für Vortrag akzeptiert)
15.    Cheema, I.I.; Baakes, F.; Krewer, U.: Load Range Enhancement of Haber-Bosch Process Designs for NH3 Sustainable Energy Storage By Multi-Parametric Optimization, AIChE Annual Meeting, Minneapolis, Minnesota, USA, Oktober 29 - November 3, 2017
16.    Attari Moghaddam, A.; Cheema, I.I., Krewer U.: Assessment of Dynamic Operability of Haber-Bosch Process in Power-to-Ammonia, Jahrestreffen Reaktionstechnik, Würzburg, 5-7 Mai, 2018.

• Prof. Dr.-Ing. Ulrike Krewer, Technische Universität Braunschweig, Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES)
• Prof. Dr.-Ing. Stephan Scholl, Technische Universität Braunschweig, Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (ICTV)
• Prof. Dr. rer nat. habil. Uwe Schröder, Technische Universität Braunschweig, Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie (IÖNC)
• Prof. Dr. Friedrich Dinkelacker, Leibniz Universität Hannover, Institut für Technische Verbrennung (ITV)
• Prof. Dr.-Ing. Peter Eilts, Technische Universität Braunschweig, Institut für Verbrennungskraftmaschinen (ivb)