Mobile MUltianalyseeinheit für STrömungen im Kontext von Power-to-X Technologien und Wasserstoffanwendungen (MUST)

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Bioverfahrenstechnik ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Energieverfahrenstechnik ; Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514139948

Um dem Klimawandel zu begegnen und aus politischen Gründen von fossilen Brennstoffen unabhängig zu werden, muss Europa im Zuge des „Green Deals“ die Forschung an erneuerbaren Energien und der Reduktion von Treibhausgasen intensivieren. Die Integration immer höherer Anteile erneuerbarer Energien in das Energiesystem kann mit Hilfe von Power-to-X (PtX-) und Wasserstofftechnologien zur Umwandlung von Strom zu flüssigen oder gasförmigen Energieträgern erreicht werden, da diese Energie leichter speicherbar und verteilbar ist (Sektorkopplung). Bei den relevanten Technologien spielt die Zusammensetzung der Prozessgase und -partikel eine entscheidende Rolle, z. B. bei verschiedenen Elektrolyseverfahren, der Bindung des Treibhausgases CO2 oder bei der Produktion von hochwertigen Chemikalien durch CO2 Hydrierung. Die Zusammensetzung der Edukte und Produkte und die Umwandlungsprozesse in diesen Prozessen sind oft nur unzureichend verstanden. Klimaschädliche oder giftige Gase müssen vermieden oder gebunden werden. Zudem können die Gaszusammensetzung sowie die Prozesspartikel auch Auswirkungen auf nachgelagerte Verfahren haben, was zu Verschleiß und Prozessabfällen führt. Häufig werden die Prozessprodukte von vielen Prozessparametern beeinflusst. Im Besonderen spielt die Strömungsführung eine entscheidende, jedoch schlecht erforschte Rolle. Zusätzlich sind viele Spurengase im Prozess nicht gut nachweisbar und daher nur ungenügend erforscht. Vor diesem Hintergrund soll ein Großgerät an der HAW Hamburg installiert werden, mit dem gleichzeitig Gaszusammensetzung und Strömungstransport in (bio-)chemischen, biologischen und physikalischen Prozessen mit höchster Präzision untersucht werden können. So kann der wechselseitige Einfluss dieser Größen während des Betriebes erforscht werden. Dieses Großgerät ist weltweit einmalig, denn nur wenige Forschungsstandorte besitzen entweder die nötige Ausstattung für die Beobachtung der Gaszusammensetzung oder der Strömungsführung, nicht jedoch beides zeitgleich. Ziel ist daher der Aufbau und die Inbetriebnahme einer mobilen Multianalyseeinheit für Gas- und Flüssig- sowie Mehrphasenströmungen. Die Einheit teilt sich in in-situ und ex-situ Messtechnik auf. Die in-situ Messtechnik besteht aus einem High-Speed Kamera Set-Up zur Strömungstransportmessung (4D-PTV) sowie einer photoakustischen Spektroskopie (PAS) zur Messung der Gaszusammensetzung. Die ex-situ Messtechnik besteht aus einem Gaschromatographen (GC) zur Validierung der Gaszusammensetzung und einem Laserbeugungsspektrometer (LDS) zur Messung der Partikelgrößenverteilung. Das Großgerät kann eine Vielzahl von Projekten der HAW Hamburg im Bereich der Energiewende entscheidend unterstützen. Die aktuellen experimentellen Möglichkeiten werden durch das Großgerät in verschiedenen Projekten, wie z. B. Methancracking so relevant verbessert, dass in den nächsten Jahren ein maßgeblicher Beitrag zum Durchbruch dieser Technologien geleistet werden kann.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: 4D Strömungstransportmesstechnik ; GC - Gasanalyse
• Gerätegruppe: 1520 Meßgeräte für Gase (O2, CO2) ; 8860 Geschwindigkeitsmeßgeräte (außer 047, 053, 192 und 244)
• Antragstellende Institution: Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
• Leiterin: Professorin Dr. Alexandra von Kameke