Mathematische Optimierung der Betriebsparameter bei chemischer Stoffwandlung in Kolbenmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr. Olaf Deutschmann
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229243862

Das gemeinsame Ziel der Forschungsgruppe ist es, die Herstellung von nützlichen chemischen Grundstoffen aus chemischen Rohstoffen wie Erdgas in einer Kolbenmaschine unter gleichzeitiger Abgabe von Wärme und mechanischer Arbeit zu erforschen. Beispiele für derartige Zielchemikalien sind Synthesegas (Wasserstoff und Kohlenmonoxid), Olefine und höhere Kohlenwasserstoffe. Gegenstand dieses Teilprojekts GM 3 ist die mathematisch basierte Optimierung der reaktionstechnischen Umwandlung unter motorischen Bedingungen. Theoriegeleitet sollen vielversprechende Betriebszustände ermittelt werden, die in den experimentbasierten Teilprojekten (MM1, MM2) verifiziert werden.In der hier beantragten dritten Förderphase wird es sowohl stoffliche als auch methodische Weiterentwicklungen geben. Aufbauend auf den sehr erfolgreichen Untersuchungen zur CO2-Refomierung in Kolbenmaschinen zu Synthesegas in der zweiten Förderphase wird Ozon anstatt DME als Additiv zur Erhöhung der Synthesegasausbeute eingesetzt. Reaktionstechnisch wird überprüft, inwieweit dieses Verfahren endotherm betrieben und zur Energiespeicherung eingesetzt werden kann, d.h., inwieweit Überschussstrom verwendet werden kann, um in einer Kolbenmaschine energetisch höherwertige Produkte aus CO2 zu erzeugen. Damit wird das Spektrum der Anwendung von Kolbenmaschinen gegenüber den ersten beiden Förderphasen erweitert. Zur mathematischen Optimierung werden bei den geplanten Untersuchungen die in Teilprojekt GM1 neu entwickelten Elementarreaktionsmechanismen eingesetzt. In einer methodischen Weiterentwicklung des bisher verwendeten Ansatzes werden in dem Vorhaben bei der Simulation Multi-Kompressions-Expansions-Prozesse in die numerische Simulation und mathematische Optimierung miteinbezogen. Darüber hinaus werden die bisher entwickelten Optimierungswerkzeuge auf die optimale Steuerung der experimentellen Bedingungen im in Teilprojekt GV1 verwendeten Strömungsreaktor bei höherem Druck und der Rezirkulation von Edukten in Teilprojekt GM2 eingesetzt. Es wird in der dritten Förderphase systematisch die kürzlich entwickelte Software-Plattform CaRMeN genutzt. Diese gestattet nicht nur eine effiziente Archivierung kinetischer Daten aus theoretischen und experimentellen Untersuchungen, sondern auch deren automatisierte Analyse. Die Nutzung von CaRMeN trägt damit maßgeblich dazu bei, die Modellentwicklung sowie die Suche nach optimierten Parametern zu beschleunigen. Zur projektübergreifenden Anwendung von CaRMeN werden neue Konzepte zum Forschungsdatenmanagement entwickelt mit dem Ziel, aller in der Forschungsgruppe gewonnenen Ergebnisse einer breiten Öffentlichkeit maschinell nutzbar zu machen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1993: Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung