Forschung am Lehrstuhl REC

Optimale Reaktoren für hocheffiziente Pro­zes­se

Das Ziel der Forschungsarbeiten unseres Lehrstuhls „Reaction Engineering and Catalysis“ ist die Entwicklung energie- und rohstoffeffizienter verfahrenstechnischer Prozesse mit Schwerpunkt auf dem modellbasierten Entwurf optimaler katalytischer Reaktoren.

Die erforderliche massive Reduktion der CO2-Emissionen, die Schließung der Stoffkreisläufe, der sich gegenwärtig vollziehenden Wandel der Rohstoffbasis von fossilen Rohstoffen zu erneuerbaren Quellen und darüber hinaus die Realisierung eines dynamischen Prozessbetriebs aufgrund der schwankenden Verfügbarkeit erneuerbarer Energien sind akute Herausforderungen unserer Zeit. Mit unserer Forschung zu hocheffizienten, aber zugleich robusten und flexiblen Reaktoren und Prozessen tragen wir zur Lösung dieser Fragestellungen bei.

Hierfür erfolgt eine umfassende Betrachtung innovativer Prozess-, Reaktor- und Katalysatorkonzepte unter Einbeziehung und Bewertung unterschiedlicher Prozessintensivierungsmaßnahmen. Notwendig dabei ist eine interdisziplinäre, methoden- und modellbasierte Vorgehensweise.

Unterstützend werden zielgerichtete Schlüsselexperimente zur phänomenologischen Aufklärung, Datengewinnung und Modellvalidierung durchgeführt. Hierzu kommen sowohl dedizierte Laborreaktoren zur Realisierung idealer (gradientenfreier) Reaktionsbedingungen zum Einsatz als auch größere Versuchsanlagen auf dem Metermaßstab zur Untersuchung des Wechselspiels von Reaktion und Transportvorgängen in technischen Reaktoren. Für die Messungen steht hochauflösende online- und offline-Analytik zur Verfügung.

Durch Einsatz von leistungsfähigen Simulationswerkzeugen (einschließlich des wiss. Hochleistungsrechnens) auf den unterschiedlichen Skalen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Entwurfsprozess werden Prozess-, Reaktor- und Katalysatorentwicklung verknüpft. Somit ist es möglich, unter Verwendung von rigorosen, modellbasierten Optimierungsrechnungen maßgeschneiderte Lösungen zu identifizieren. Für die Optimierung ist die Wahl der adäquaten Modelltiefe, welche einen optimalen Kompromiss zwischen Detailgrad und numerischer Handhabbarkeit aufweisen soll, ein entscheidender Faktor. Häufig sind derartige Modelle jedoch nicht verfügbar, weshalb die Entwicklung solcher im Hinblick auf die Anwendung in der Optimierung adäquaten Modelle ein weiterer integraler Bestandteil unserer Forschung ist.

Modellbasierter Entwurf optimaler Reaktoren:

Modellbasierte Ermittlung der optimalen Reaktionsführung und deren bestmögliche technische Umsetzung in innovative Reaktorkonzepte

Reaktionskinetik: Experimente, Netzwerkanalyse und Modellierung:

Identifikation von Reaktionsnetzwerk, reaktionskinetischem Modell und dessen Parameter auf Basis experimenteller Untersuchungen in dedizierten Laboranlagen

Zellulare Strukturen als maßgeschneiderte Katalysatorträger:

Vertieftes Verständnis der lokalen Transportvorgänge und darauf aufbauend Gestaltung und Herstellung innovativer Katalysatorträger mit Hilfe additiver Fertigung