Hintergrund und Motivation

Ein wesentlicher Faktor für die Erreichung eines klimaneutralen Deutschlands 2050 ist die Bereitstellung großer Mengen erneuerbaren Stroms und die Entwicklung emissionsarmer Lösungen für Mobilität, Industrie, Wärmeversorgung und Energiespeicherung. Hierfür wird in dem vom BMBF geförderten Wasserstoffleitprojekt „H2Mare“ die Offshore-Herstellung von Power-to-X-Produkten erforscht und vorangetrieben.

Die direkte Kopplung von Offshore-Windenergieanlagen und geeigneten Elektrolyseverfahren mit den Power-to-X-Prozessschritten zur Umwandlung des erzeugten grünen Wasserstoffs, bieten ein erhebliches Potenzial, um leichter transportierbare Power-to-X-Produkte, wie verflüssigtes Methan, Methanol, eFuels und Ammoniak herzustellen. Hierzu müssen die einzelnen Verfahrensschritte direkt an eine Windturbine gekoppelt und unter Offshore-Bedingungen betrieben werden sowie in der Lage sein, der Dynamik der Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie durch die Windturbine zu folgen.

Das IMVT untersucht vor diesem Hintergrund die Offshore-Integration und optimale Systemkonfiguration verschiedener Power-to-X-Prozessketten und deren dynamisches Verhalten. Hierfür sollen neben der Entwicklung und Modellierung der jeweiligen Anlagenkonfigurationen auch dynamische Untersuchungen der Prozessketten durchgeführt werden.

Aufgabenübersicht

- In dieser Arbeit sollen Energiesystem-Simulationen zur Offshore-Produktion von grünem Wasserstoff und PtX-Produkten erstellt und deren dynamisches Verhalten untersucht werden:

- Literaturrecherche zur Simulation von Energiesystemen, Elektrolysetechnologien sowie zu dynamischen Ersatzmodellen

- Entwicklung einer Bewertungsmethodik für dynamische PtX-Prozessketten

- Modellierung von dynamischen Elektrolyse-Modellen und daraus abgeleitete Ersatzmodelle mithilfe von künstlicher Intelligenz

- Simulation, Untersuchung und Optimierung eines Offshore-PtX-Energiesystems zur Produktion von synthetischem Methanol, Ammoniak oder eFuels

Rahmenbedingungen und Qualifikation

- Studierende der Fachrichtung Chemieingenieur / Verfahrenstechnik

- Kenntnisse in der Prozessmodellierung

- Die Thesis kann sowohl in Deutsch als auch in Englisch verfasst werden

- Die Ergebnisse der Arbeit werden innerhalb des Institutsseminars vorgetragen. Ebenfalls sind Präsentationen auf H2Mare-Projekttreffen möglich.

Starttermin: ab sofort

Betreuer: Philipp Rentschler (philipp.rentschler@kit.edu)