Bestimmung der Wasserstoff- und Sauerstoffqualität in Elektrolysetestständen

Aufgabengebiet
Um die Technologie der Elektrolyse realistisch und nachhaltig in den Massenmärkten der Speicherung von erneuerbaren Energien nach dem Jahr 2020 einsetzen zu können, sind gegenüber dem Stand der Technik weitere Technologieschritte erforderlich. Die unzulängliche Stabilität und die hohen Kosten der aktuell eingesetzten Technologie ist zu verbessern bzw. zu reduzieren.
So konzentrieren sich die Aktivitäten am IEK-3 in enger Zusammenarbeit mit Projektpartnern aus Forschung und Industrie auf die Optimierung von Polymer-Elektrolyt-Membran-(PEM) Elektrolyseuren. Zum einen wird in der MEA-Entwicklung die Reduktion bzw. komplette Substitution der üblicherweise verwendeten Platingruppenmetalle bei vergleichbaren Leistungen angestrebt. Diese werden heute für die katalytischen Reaktionen in der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) eingesetzt. Zum anderen werden neue Membrantypen entwickelt, um die bisher verwendeten 175 bis 200 µm dicken extrudierten Nafion-Membranen zu ersetzen, die in den geplanten Großsystemen keine ausreichende Stabilität aufweisen. Neben diesen Aktivitäten, die den überwiegenden Teil der aktuellen Arbeiten ausmachen, finden auch Untersuchungen zur Optimierung alkalischer Elektrolyseure statt.
Da die neuen verwendeten Materialen auch deutlichen Einfluss auf die Reinheit der erzeugten Gase haben, ist es besonders wichtig hierfür eine zuverlässige Messtechnik einzusetzen. Die Messgrößen Wasserstoffgehalt in Sauerstoff sowie ggf. auch Sauerstoffgehalt in Wasserstoff sind dabei von erstklassiger Bedeutung für den sicheren Betrieb von Elektrolyseuren und aktuell vorhandenen Testständen. Weiterhin ist die Feuchte des produzierten Wasserstoffes einerseits wirtschaftlich relevant, weil sie den Aufwand der nachgelagerten Gastrocknung bestimmt. Andererseits kann die Feuchte auch Einfluss auf die Messung der vorgenannten sicherheitsrelevanten Vermischung von Wasserstoff und Sauerstoff haben.
Aufgabenbeschreibung
Auswahl und Erprobung geeigneter Sensoren für die Messung der Gasreinheit sind die übergeordneten Ziele dieser Masterarbeit. Die Arbeit soll sich dabei auf die verfahrenstechnischen Größen vorhandener Einzelzellteststände für PEM- und KOH-Betrieb konzentrieren. Die Übertragung der Ergebnisse auf eine aktuelle Planung für einen 100kW-PEM-Elektrolyseur ist abschließend gewünscht. Im Rahmen der Masterarbeit sollen
theoretische Grundlagen für Feuchte- und Fremdgasübertritt bei PEM- und bei klassischer alkalischer Elektrolyse aus der Literatur ermittelt und zusammengestellt werden.
die theoretischen Grundlagen auf die zu erwartenden Extremwerte an konkreten Testständen übertragen werden.
geeignete Messtechniken und die dazu erforderlichen Messgasaufbereitungsverfahren bezogen auf die verfahrenstechnischen Größen vorhandener Teststände sollen ermittelt werden.
die Vor- und Nachteile der verfügbaren Möglichkeiten gegenübergestellt und bewertet werden.
eine Markt/Preisrecherche zu verfügbaren Sensoren inkl. Messgasaufbereitungsverfahren erstellt werden.
geeignete Sensoren inkl. Messgasaufbereitungsverfahren ausgewählt, beschafft, aufgebaut und getestet werden.
die Ergebnisse auf eine geplante 100 kW Anlage übertragen werden.
Fortlaufend bzw. abschließend erfolgt die Dokumentation der produzierten Ergebnisse in der schriftlichen Masterarbeit.

Weitere Informationen

Unternehmen

Thesius Inspiration

Bereich/Abteilung

IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Maschinenbau und Betriebstechnik

Anforderungen

Sie studieren Verfahrenstechnik oder Maschinenbau oder einen vergleichbaren Studiengang und bringen idealerweise Grundkenntnisse der Elektrolyse und der Gasmesstechnik mit. Sie verfügen über gute Deutschkenntnisse und zeichnen sich durch eine motivierte, selbstständige und analytische Arbeitsweise aus.

Zusatzinformationen

Masterarbeit

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D129/2014, Verfahrenstechnik oder Maschinenbau
Beginn der Arbeit: 01.10.2014 / nach Vereinbarung

Ansprechpartner:
Michael Hehemann, Dipl.-Ing. (FH)
Institut für Energie- und Klimaforschung
Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3) - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich
Telefon: +49-2461 61-5431(Büro) oder -1969(Labor)
E-Mail: m.hehemann@fz-juelich.de
http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3/
Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!