Messung der Dielektrizitätskonstanten von binären Gasgemischen zur Bestimmung von Taupunkten (ab 01.02.2019 an der TU Chemnitz, Professor Richter)
Taupunkte von reinen Gasen bzw. von Gasgemisches können aufgrund der Veränderung der dielektrischen Eigenschaften beim Erreichen der Phasengrenze vergleichsweise genau bestimmt werden. Dabei werden der Phasenübergang vom Gas zur Flüssigkeit und die entsprechenden Dielektrizitätskonstanten mit hoher Genauigkeit durch die Auswertung der Resonanzfrequenz eines Hohlraumresonators ermittelt. Messungen können mit einer speziellen Messanlage in einem Temperaturbereich von (–50 bis 100) °C bei Drücken bis zu 120 bar durchgeführt werden.
Emmy Noether Research Group (ab 01.02.2019 an der TU Chemnitz, Professor Richter)
Die von der DFG geförderte Emmy Noether Gruppe beschäftigt sich mit Entwicklung neuer experimenteller Methoden zur genauen Messung der Taudichten von fluiden Gemischen. Dies schließt die Quantifizierung von Sorptionseffekten ein, wodurch die Messunsicherheit ganz erheblich verringert werden kann. Mithilfe der experimentellen Ergebnisse werden neue theoretische Ansätze entwickelt, die erstmalig die fest etablierten Gebiete der thermodynamischen Stoffdatenmessung und der Oberflächenphänomene vereinen. Des Weiteren werden die gemessenen Daten verwendet, um vielparametrige empirische Fundamentalgleichungen anzupassen, wobei auch neue Ideen hinsichtlich der Anpassungsstrategie untersucht werden.
Dichtemessungen von Gasgemischen mit einer Präzisions-Gasdichtemessanlage
Die Präzisions-Gasdichtemessanlage dient der hochgenauen Vermessung der p,ρ,T-Daten von reinen Gasen und Gasgemischen, zur Weiterentwicklung verschiedener Zustandsgleichungen und Stoffdatenmodellen. Das Messprinzip der Anlage basiert auf dem archimedischen Prinzip, nach dem die Auftriebskraft eines Körpers der Gewichtskraft des von dem Körper verdrängten Fluids entspricht. Durch die Verwendung von zwei Senkkörpern mit gleicher Masse, gleicher Oberfläche aber verschiedenen Volumina, kann das archimedische Prinzip als Kompensationsverfahren genutzt werden, sodass Sorptionseffekte des Messgases an den Senkkörpern vernachlässigt werden können. Eine Magnetschwebekupplung realisiert dabei durch eine Permanent-/Elektromagnetpaarung eine berührungslose Kraftübertragung aus der Messzelle heraus auf die Waage, sodass Dichtemessungen im Temperaturbereich von (0 bis 50)°C bei Drücken bis zu 9 MPa durchgeführt werden können.
Für einen effizienten Prozess ist die Auswahl des richtigen Ausgangsmaterials entscheidend. Dabei wird nicht nur nach Biomasse gesucht, die einen möglichst hohen Biogasertrag hat und die mit geringem Aufwand angebaut werden kann. Es wird auch nach Alternativen gesucht, die eine Biomasseproduktion unabhängig von landwirtschaftlichen Flächen zulässt, um dadurch der Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion zu entgehen.
Flexibilisierung des Biogasbildungsprozesses
Der Ausstieg aus Kern- und Kohleenergie wird eine Lücke in der Stromversorgung hinterlassen, insbesondere bei der Residuallast. Als einer der wenigen erneuerbaren Energieträger bietet Biogas die Möglichkeit bedarfsgerecht Energie zu erzeugen. Für die Erforschung der Flexibilisierung des Biogasprozesses stehen drei identische, vollautomatisierte Versuchsfermenter zur Verfügung. Diese sind mit einer Temperaturregelung, einer Rührautomatik und einem Fütterungskarussell ausgestattet. Temperatur und produziertes Gasvolumen der Fermenter werden vom Messsystem des Labors elektronisch erfasst und aufgezeichnet. Auf diese Weise kann beobachtet werden, wie sich Eingriffe in das Fütterungsmanagement der Anlagen auf die Biogasproduktion auswirken.
Synergetische Effekte aus der Biogasbildung
Die Vergärung von Gülle in einer Biogasanlage wirkt sich überwiegend positiv auf die Düngewirkung aus und bietet zudem die Möglichkeit, diese zur Bereitstellung von Energie zu nutzen. Jedoch führt die daraus resultierende erhöhte Mineralisierung von Stickstoff zu einer Steigerung der Ammoniak-Emissionen. Um dem entgegen zu wirken, kann Kohle der Vergärung zugeführt werden. Diese besitzen die Fähigkeit, Nährstoffe aufzunehmen, langfristig zu binden und zudem den Biogasertrag der Gülle zu steigern. Aufgetragen auf den Boden ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, synergetisch die Biogasproduktion zu steigern und Nährstoffe langfristiger zu speichern. Zur Erforschung der Prozessparameter der Covergärung stehen Batch- und semi-kontinuierliche Versuchsanlagen zur Verfügung. Zudem werden chemische und biologische Analysen zur Charakterisierung des Biogasprozesses durchgeführt.
Beschreibung von Nukleationsvorgängen anhand von hochgenauen Zustandsgleichungen
Für die transiente Betrachtung von mehrphasigen, thermodynamischen Prozessen ist das Untersuchen von Nukleations-, also Keimbildungsvorgängen von wesentlicher Bedeutung. Dies ist ein Forschungsbereich, der bisher eher durch qualitative als quantitative Aussagen beschrieben wird.
Im Rahmen eines DFG-Projekts wird an der Übertragung simultan optimierter Zustandsgleichungen in hoher technischer Genauigkeit auf stark assoziierende Fluide gearbeitet. Eine zentrale Rolle kommt dabei der Kombination von SAFT-Termen mit empirischen Fundamentalgleichungen zu.
Ad- und Absorptionsmessungen
In enger Zusammenarbeit mit den verfahrenstechnischen Lehrstühlen des Instituts und der Firma RUBOTHERM beschäftigt sich der Lehrstuhl für Thermodynamik mit der Untersuchung von Ad- und Absorptionsprozessen. Der Schwerpunkt der Arbeiten des Lehrstuhls liegt dabei im Bereich der Messtechnikentwicklung.
Hochdruck-Gasanalyse mittels Stoffdatenmessung
Seit einiger Zeit befasst sich der Lehrstuhl für Thermodynamik mit der Gasanalyse für Energieträgergase (Biogase, Erdgase und wasserstoffreiche Gasgemische). Meistens liegen diese Gasgemische unter hohem Druck vor. Weil allerdings die klassischen Gasanalyseverfahren wie Gaschromatographie oder Massenspektroskopie nur bei geringem Druck eingesetzt werden können, wird am Lehrstuhl für Thermodynamik daran geforscht, Konzentrationen durch in situ Messung von Stoffdaten unter extremen Bedingungen zu bestimmen.
Entwicklung von Sensoren für die Gasanalytik
Als führender Forschungspartner in einem von RUBOTHERM koordinierten europäischen Konsortium treibt der Lehrstuhl für Thermodynamik die Entwicklung von Sensoren für die Gasanalytik bei hohen Temperaturen und Drücken voran.
Eine der wichtigsten und herausforderndsten Aufgaben der nächsten Jahrzehnte besteht darin eine stabile und klimafreundliche Energieversorgung zu garantieren. Eine Möglichkeit sich von den fossilen, endlichen Energieträgern Kohle, Erdgas und Erdöl zu entfernen, liegt in der Nutzung von Biomasse und organischen Abfällen. Besonders der Umgang mit organischen Abfällen birgt ökonomisches sowie ökologisches Potenzial.
Neue Verfahren zur sorptiven Reinigung von Wasserstoff und Biogas.
Bei der Simulation von Prozessen zur Verflüssigung von Erdgasen (LNG) bzw. zur Verdampfung von LNG stehen die Wechselwirkungen zwischen den Simulationsergebnissen und den verwendeten Stoffdatenmodellen im Fordergrund. Untersucht wird z.B., in wieweit die Verwendung des aktuell genausten Stoffdatenmodells für Erdgase, der GERG-2004 Zustandsgleichung, zu einer signifikanten Verbesserung der Ergebnisse von Prozesssimulationen führt.
Simulation innovativer wärme-, kälte- und klimatechnischer Prozesse
Neben der Simulation von komplexen großtechnischen Prozessen beschäftigt sich der Lehrstuhl für Thermodynamik auch mit der Simulation innovativer Prozesse aus dem Bereich der Wärme-, Kälte- und Klimatechnik. Beispiele für diese Arbeiten sind die Simulation von mobilen Klimaanlagen oder von innovativen Wärmepumpenkonzepten. Charakteristisch für diese Art von Projekten ist zumeist die komplett selbständige Entwicklung von Simulationsumgebungen ohne Rückgriff auf kommerziell verfügbare Simulationsprogramme.
Die Arbeiten zum Wärmeübergang beim Sieden konzentrieren sich auf grundlagenorientierte Untersuchungen zum Sieden hochviskoser Gemische. Hier besetzt der Lehrstuhl für Thermodynamik ein für weite Bereiche der Lebensmittel- und Verfahrenstechnik relevantes Forschungsgebiet.
Thermomechanische Effekte in Hochtemperaturkreiselpumpen
In der Wärmeübertragungstechnik sind Hochtemperaturkreiselpumpen überall dort von Bedeutung, wo die direkte Prozesserwärmung, wie beispielsweise mittels einer Brennkammer, nicht möglich ist oder vermieden werden soll. Das vor dem Hintergrund der sich derzeit wandelnden europäischen Energiepolitik wohl populärste Anwendungsbeispiel stellen solarthermische Kraftwerke dar. In ihnen dienen Hochtemperaturkreiselpumpen zur Umwälzung von bis zu 400 °C (560 °C) heißen Wärmeträgerölen (Salzschmelzen). Bei diesen Temperaturen werden hohe thermische und strukturmechanische Belastungen in den Hochtemperaturkreiselpumpen induziert.
Auswahl und Vorbehandlung von Biomasse
Untersuchung des Biogasbildungsprozesses
Beurteilung und Optimierung des Prozesses
Simulation von Kraftwerksprozessen
Bei der Simulation von Kraftwerksprozessen spielen Prozesse mit CO2-Abscheidung die entscheidende Rolle. So wurden im Rahmen verschiedener Projekte Modelle für Kraftwerke mit integrierter Kohlevergasung und CO2-Abscheidung, einen innovativen Oxyfuel-Dampfkraftprozess und einen druckaufgeladenen Gasturbinen-Kombiprozess entwickelt. In allen Fällen wurden für zentrale Komponenten außerhalb der verwendeten Simulationsumgebungen (Gatecycle, Ebsilon, Aspen Plus) eigene Modelle entwickelt und in die Simulation integriert.
Entwicklung von speziellen Magnetschwebewaagen zur Messung thermophysikalischer Eigenschaften, z.B. Dichte, Viskosität, Adsorption, Löslichkeit, etc.
Copyright © 2025
Letzte Änderung: 10. Apr. 2025
