Massenspektrometrische Untersuchung von Reaktionsumsätzen in Strömungsreaktoren

• Antragstellerin: Professorin Dr. Tina Kasper
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229243862

Das Ziel der Forschungsgruppe ist es, die Verwendung von Kolbenmaschinen als flexible chemische Reaktoren zu untersuchen. Die Motoren sollen in diesen, hier als Polygeneration bezeichneten Prozessen, gleichzeitig höherwertige chemische Produkte, Wärme und mechanische Arbeit bereitstellen. Die geplanten Arbeiten sind die Fortsetzung des im Teilprojekt GV1 im Rahmen der Forschungsgruppe 1993 durchgeführten Forschungsvorhabens. Im Fokus der Arbeiten in GV1 stehen die kinetischen Grundlagen der Stoffwandlungsprozesse. In der dritten Projektphase soll insbesondere der Einfluss von Ozon als Additiv auf die Bildung interessanter Chemikalien untersucht werden, da erwartet wird, dass Ozon bereits in geringen Konzentrationen die Stoffwandlungen aktiviert. In zwei Strömungsreaktortypen werden brennstoffreiche Gasgemische bei Temperaturen von T = 300 – 1200 K und Hochdruck (1 – 20 bar) bei unterschiedlichen Verweilzeiten umgesetzt und die Produktgas-Zusammensetzung mittels Massenspektrometrie und Gaschromatographie bestimmt. Zu den erwünschten Prozessen zählen einerseits Reaktionen, die potentiell zu einer Speicherung von chemischer Energie dienen können, z.B. Dehydrogenierungen, Dampfreformierungs- und C-C-Kopplungsreaktionen, und anderseits partielle Oxidationen. Durch die Analyse der Produktgaszusammensetzung als Funktion der Prozessparameter Druck, Temperatur und Verweilzeit können Bedingungen, bei denen interessante Chemikalien entstehen, aufgefunden werden. Konzentrationsprofile als Funktion der Temperatur oder der Verweilzeit dienen zur Entwicklung und Validierung des innerhalb der FOR 1993 entwickelten „PolyMech“-Reaktionsmechanismus. Die Übertragung der Ergebnisse aus den Grundlagenuntersuchungen auf die Anwendung – die Co-Produktion von Arbeit und Chemikalien im Verbrennungsmotor – erfolgt über die Reaktionsmechanismen.Die Arbeiten in der dritten Projektphase nutzen die in den ersten beiden Projektphasen bereits erfolgreich eingesetzten Methoden und etablierten Kooperationen. In der dritten Projektphase werden neben Methan und Erdgas auch biogene Brennstoffe und Additive (Biogas, Ethanol, Methanol und Oxymethylenether) eingesetzt, um das zugängliche Produktspektrum zu erweitern. Die wichtigste wissenschaftliche Fragestellung ist jedoch, wie sich die Verwendung von Ozon als Additiv auf die Stoffwandlungsprozesse auswirkt. Ozon zerfällt bereits bei niedrigen Temperaturen in reaktive Radikale und kann so die Stoffwandlungen aktivieren. Da es, im Gegensatz zu anderen Additiven, nicht mit dem Brennstoff um den vorhandenen Sauerstoff konkurriert, begrenzt es den Umsatz des Brennstoffs nicht. Es soll daher untersucht werden, inwieweit Ozon dazu verwendet werden kann die Produktausbeuten und Selektivitäten oxygenierter und nicht-oxygenierter Produkte zu verbessern. Als Ergebnis der Untersuchungen soll ein grundlegendes kinetisches Verständnis des Wirkmechanismus von Ozon erzeugt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1993: Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Burak Atakan