Koordinationsfonds

• Antragsteller: Professor Dr. Burak Atakan
• Fachliche Zuordnung: Energieverfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229243862

Die Forschungsgruppe 1993 untersucht Möglichkeiten, flexible motorische Prozesse zur Polygeneration von Nutzchemikalien, Arbeit und Wärme einzusetzen. Aufbauend auf dem Forschungsstand der Verbrennungsforschung sollen thermodynamisch günstige Prozesse in Selbstzündungsmotoren Theorie-geleitet experimentell untersucht werden. Hierbei ist in der Forschungsgruppe die gesamte Kette von der Modellentwicklung, der exergoökonomischen Analyse und Bewertung, Optimierung, experimentell-kinetischen Untersuchungen bis hin zur motorischen Überprüfung abgedeckt. Als Brennstoffe bzw. Ausgangschemikalien werden hauptsächlich Methan und kleine oxigenierte Kohlenwasserstoffe betrachtet, die voraussichtlich noch lange verfügbar bleiben, auch als Bio-Brennstoff oder E-Brennstoff. Aufgrund der Reaktionsträgheit dieser Brennstoffe müssen entweder hohe Frischgastemperaturen gewählt werden oder Additive zugesetzt werden, um sie zu zünden. Verschiedene Additive, insbesondere kleine Ether, haben sich hierbei in den bisherigen Arbeiten bewährt und führen zu motorisch praktikablen Prozessen, die thermodynamisch und ökonomisch vorteilhaft sind. Nachteilig ist allerdings, dass diese Additive in vergleichsweise hohen Konzentrationen eingesetzt werden müssen und somit ein relativ großer Anteil an Energie bereits durch das Additiv zugeführt wird.In jüngerer Zeit wurden Forschungsergebnisse bekannt, die die Wirksamkeit von wenigen ppm Ozon bei der Zündung magerer Gemische in Selbstzündungsmotoren nachweisen. Vorstudien der Forschungsgruppe zeigen ein großes Potenzial auch für die im Kontext der Polygeneration relevanten brennstoffreichen Prozesse, dem in der beantragten Projektperiode nachgegangen werden soll. Detaillierte Forschungsdaten, die für die Entwicklung von Polygeneration-Prozessen auf Basis von Ozon als Additiv erforderlich sind, liegen bisher nicht vor. Diese sollen nun mechanistisch, thermodynamisch, kinetisch und motorisch erforscht werden. Einerseits stellt sich die Frage, nach dem Wirkmechanismus von Ozon, da es sich schon vor der eigentlichen Zündung umsetzt und daher weitere reaktive Zwischenprodukte bildet. Dem wird experimentell und theoretisch nachgegangen, um den Reaktionsmechanismus aufzuklären. Weiterhin stellt sich die Frage nach der Menge des einzusetzenden Additivs, dessen Beeinflussung des motorischen Prozesses und der thermodynamischen Bilanz des Motors und eines darauf aufbauenden Gesamtprozesses inklusive Stofftrennung und Energieintegration. Im eingesetzten Parameterbereich ist die Bildung von Ruß jeweils ein begrenzender Parameter. Der Einfluss von Ozon und von kleinen oxigenierten Kohlenwasserstoffen auf die Rußbildung soll daher ebenfalls untersucht werden, mit dem Ziel die Rußbildung möglichst zu unterdrücken. Schließlich soll die Optimierung des motorischen Prozesses und dessen exergoökonomische Analyse und Bewertung erfolgen, im Hinblick auf vergleichbare getrennte Prozesse zur Erzeugung von Nutzchemikalien, Arbeit und Wärme.

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