Redoxmaterialien zur solaren Wasserstofferzeugung - Analyse

Das Institut für Werkstoff-Forschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt u.a. in Kooperation mit dem Institut für Solarforschung Konzepte und Technologien zur Herstellung von Wasserstoff als Kraft- und Brennstoff. Einen Schwerpunkt bildet dabei die Entwicklung von Verfahren, Komponenten und Materialien für die solarthermische Wasserstofferzeugung aus Wasser.

In der Solarforschung des DLR wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoff-Forschung ein sehr vielversprechender Kreisprozess entwickelt, bei dem Wasser mittels einer Redoxreaktion in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Im realen Prozess soll die benötigte Wärmeenergie über konzentrierte Sonnenstrahlung eingekoppelt werden. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung der Materialien, die die Redoxreaktion bei moderaten Reaktionsbedingungen ermöglichen. Vor allem Temperatur und Sauerstoffpartialdruck sind die beiden entscheidenden Prozessparameter.

Um die Redoxmaterialien bezüglich der Anwendbarkeit in Solar Fuels Prozessen zu charakterisieren, werden Laboraufbauten benutzt, die die Prozessschritte mit Hilfe elektrischer Öfen simulieren und die Aktivität der Materialien in Abhängigkeit der Temperatur und des Sauerstoffpartialdrucks bestimmen. Die Aktivität wird entweder in einem Rohrofenaufbau durch massenspektrometrische Quantifizierung der entstehenden Gase bestimmt oder mit Hilfe einer Thermowaage. In beiden Aufbauten ist das Einstellen des Sauerstoffpartialdruckes schwierig und soll in Zukunft mit Hilfe einer sogenannten GENAIR Sauerstoff-Pumpe / Analysator eingestellt werden.

Ziel der Arbeit ist es, durch systematische Tests Redoxmaterialien und gegebenenfalls Trägerstrukturen zu identifizieren, die eine Maximierung der Wasserstoffausbeute bei gleichzeitiger Minimierung von Degradationseffekten gewährleisten.
Hierzu wird im ersten Schritt die Sauerstoffpumpe in zwei bestehende Teststände integriert und ihre Funktionsweise in Messkampagnen mit Referenzmaterialien verifiziert. Im zweiten Schritt werden systematische Versuchsreihen mit verschiedenen Materialien durchgeführt, die einen Vergleich der Ausbeute erlauben. Zudem werden gezielt einzelne Betriebsparameter variiert, um die Abhängigkeit der Wasserstoffausbeute von verschiedenen Einflussfaktoren zu bestimmen. Die experimentell gewonnenen Ergebnisse werden ausgewertet und gegebenenfalls in formelmäßigen Zusammenhängen erfasst.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

DLR-Institut für Werkstoff-Forschung

Abschlussart

Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Maschinenbau und Betriebstechnik

Schlagwörter

Redoxreaktion Redoxreaktion Kraft- und Brennstoff Kraft- und Brennstoff Wasserstoff Wasserstoff Reaktionstechnik Reaktionstechnik physikalische Chemie physikalische Chemie Chemie Chemie Materialwissenschaften Materialwissenschaften Energietechnik Energietechnik Verfahrenstechnik Verfahrenstechnik Maschinenbau Maschinenbau

Anforderungen

• Studium in Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Energietechnik, Materialwissenschaften, Chemie oder ähnliches
• Kenntnisse in physikalischer Chemie und Reaktionstechnik
• Freude am praktischen Arbeiten sowie experimentelles Geschick
• selbstständige Arbeitsweise

Zusatzinformationen

DLR-Standort Köln, Hauptverwaltung

Dauer 6 Monate
Beschäftigungsgrad Teilzeit

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Fachliche/r Ansprechpartnerin

Nicole Knoblauch

Institut für Werkstoff-Forschung
Tel.: +49 2203 601-2126

Friedemann Call

Institut für Solarforschung
Tel.: +49 22 03601-3980