Masterarbeit: Entwicklung von Betriebsstrategien zur dynamischen Bereitstellung der Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse zur Herstellung von nachhaltigem und biobasiertem Methanol
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Nachhaltige Methanolproduktion aus Biomasse und erneuerbarem Strom – MeOH-RES“ wird die Herstellung von Methanol aus Biomasse und erneuerbarem Strom untersucht. Diese Prozessroute stellt eine potenzielle Alternative zur konventionellen Methanolproduktion aus fossilen Kohlenstoffquellen dar. Der Gesamtprozess ist dreistufig aufgebaut und umfasst die Oxidation einer wässrigen Biomasselösung, eine anschließende Veresterung sowie die Hydrogenolyse von Methylformiat zu Methanol. Nach der Veresterung entsteht mit Methylformiat ein stabiles Zwischenprodukt, das bei Verfügbarkeit erneuerbaren Stroms zu Methanol umgesetzt wird. Der hierfür erforderliche Wasserstoff wird durch einen Elektrolyseur bereitgestellt, der gleichzeitig den für die Oxidationsstufe benötigten Sauerstoff liefert. Damit ist die Methanolproduktion unmittelbar von der Verfügbarkeit und Fluktuation erneuerbarer Energiequellen abhängig.
Der Schwerpunkt dieser Masterarbeit liegt auf der konzeptionellen Entwicklung von Betriebsstrategien zur dynamischen Bereitstellung der Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff für den Gesamtprozess. Ausgehend von unterschiedlichen Standortszenarien mit variierender Verfügbarkeit erneuerbaren Stroms soll ein integriertes Gesamtkonzept entwickelt werden, das Batteriespeicher, einen dynamischen Elektrolysebetrieb sowie potenzielle Gaspufferspeicher berücksichtigt, um die Methanolproduktion zu optimieren.
Art der Tätigkeit:
- Literaturrecherche von Konzepten zur Kopplung erneuerbarer Stromerzeugung mit Batteriespeichern, Elektrolyseanlagen und Gaspufferspeichern
- Literaturrecherche zur dynamischen Modellierung der Elektrolyse
- Recherche unterschiedlicher Konzepte zur Sauerstoffbereitstellung, wie Elektrolyse, Druckwechseladsorption (PSA) und Luftzerlegungsanlage
- Analyse potenzieller Standorte für den Einsatz der innovativen Prozessroute
- Entwicklung eines dynamischen Modells zur Beschreibung der Methanolproduktionsroute
- Sensitivitätsanalyse zum Einfluss der relevanten Prozessparameter
Notwendige Qualifikationen:
- Du studierst im Master Chemieingenieurwesen, Verfahrenstechnik, Energietechnik oder einen vergleichbaren Studiengang und stehst kurz vor dem Abschluss deiner Masterarbeit.
- Du verfügst über sehr gute Kenntnisse in der Elektrolysetechnologie, Gasbereitstellung und Energiespeicherung.
- Eigenständige, strukturierte Arbeits- und Denkweise
- Du hast Erfahrung in der Prozessmodellierung.
- Du gehst sicher mit MS Office um.
- Du beherrschst Deutsch oder Englisch fließend.
Wünschenswerte Qualifikationen:
- Fundierte Kenntnisse in der dynamischen Modellierung
Bemerkungen:
- Da es sich um eine konzeptionelle Arbeit handelt, kann die Masterarbeit vollständig remote durchgeführt werden; alternativ kann ein Arbeitsplatz vor Ort in Nürnberg zur Verfügung gestellt werden.
- Die Masterarbeit wird unter der Betreuung von Prof. Peter Wasserscheid und Dr.-Ing. Michael Geißelbrecht durchgeführt.
