Neuer Sonderforschungsbereich: 10 Millionen Euro für Forschung gegen Ressourcenverschwendung

idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Thema Corona

idw-Abo
Science Video Project



Teilen: 
29.05.2020 10:38

Neuer Sonderforschungsbereich: 10 Millionen Euro für Forschung gegen Ressourcenverschwendung

Meike Drießen Dezernat Hochschulkommunikation
Ruhr-Universität Bochum

    Forschungsteams der Universitäten Bochum (RUB) und Magdeburg wollen erstmals Computersimulationsmodelle für bisher schwer kontrollierbare, aber sehr energieintensive Partikel-Produktionsverfahren entwickeln. Ziel des neuen Sonderforschungsbereichs ist es, durch eine exakte Vorhersage von unzugänglichen Produktionsprozessen, zum Beispiel bei der Herstellung von Zement oder Keramik in Hochtemperaturöfen, den bisher kaum beherrschbaren Einsatz von Material und Energie präziser zu berechnen und damit sowohl den Verbrauch fossiler Brennstoffe als auch den CO2-Ausstoß signifikant zu reduzieren.

    Produktionsprozesse fordern 17 Prozent des deutschen Energiebedarfs

    Im Rahmen eines soeben von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit fast 10 Millionen Euro bewilligten Sonderforschungsbereiches/Transregios 287 „Bulk-Reaction“ werden rund 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Ingenieurwissenschaften, der Informatik und Physik innerhalb der nächsten vier Jahre gemeinsam Computersimulationsmodelle entwickeln und diese anschließend durch neuartige experimentelle Messverfahren validieren.

    Bei sogenannten thermischen Produktionsverfahren wie sie in Öfen bei der Weiterverarbeitung von Erzen und Baustoffen oder der Produktion von Stahl, aber auch bei der Kaffeeröstung beziehungsweise Trocknung von Tabletten stattfinden, werden die Partikel der zu verarbeitenden Grundstoffe, Lebensmittel oder Medikamente bewegt und die Schüttung durch ein Gas durchströmt. Die durch die Strömung ausgelösten chemischen Reaktionen dienen zur Weiterverarbeitung der Partikel.

    Endlich in den Ofen hineinschauen

    „Die Berechnungen der chemischen Reaktionen zwischen den Partikeln und den Gasen haben große Schwächen und sind nur sehr vage. Da ist noch sehr viel Trial und Error“, beschreibt der Sprecher des Verbunds, Prof. Dr. Viktor Scherer, Inhaber des Lehrstuhls für Energieanlagen und Energieprozesstechnik an der RUB, das Problem. Dadurch werde das Potenzial der Verfahren nicht ausgeschöpft, die Prozesse verliefen suboptimal und es entstünden Einbußen bei der Qualität der Produkte, zum Beispiel beim Röstgrad von Kaffeebohnen, beim Energieverbrauch und der Nutzung fossiler Ressourcen. Der Grund des fehlenden Einblicks liege einerseits in der schieren Größe der Produktionsanlagen und andererseits bei den hohen Temperaturen von bis zu 2.000 Grad Celsius. Das mache Messungen schwierig bis unmöglich, so Scherer weiter: „Wir wissen also genau, was da in den Ofen hineingeht, und wir wissen ziemlich gut, was herauskommt. Aber wir wollen nun endlich auch reingucken“.

    Um dieses Ziel zu erreichen, verfolgen die beiden Forschungsteams erstmals einen neuen Ansatz: Sie koppeln numerische Berechnungen und computerbasierte Simulationen mit innovativen experimentellen Messtechniken, um die Berechnungen anschließend zu überprüfen und zu validieren.

    Die Herausforderung bei der exakten mathematischen Beschreibung der Vorgänge in den hochtemperierten, geschlossenen Systemen bestehe darin, so Scherer, trotz mehrerer Millionen vorhandener Partikel die Rechenzeit zu begrenzen. Nur dann werde es möglich sein, künftig Prozesse in großen Industriereaktoren von mehreren zehn Metern Höhe zu berechnen. Die Schwierigkeit der sich anschließenden experimentellen Messungen liege hingegen eher in den hohen Temperaturen dicht gepackter Partikel, so der Energietechniker weiter. „Um dieses Problem zu lösen, werden wir neue und innovative Messverfahren einsetzen, zum Beispiel Radartechnik, Positronen-Tomografie oder Magnetresonanz-Tomografie.“

    Messdaten und Simulationsverfahren intelligent koppeln

    Durch die Kombination aus experimentellen Methoden, neuartigen Messverfahren und numerischen Analysen industrieller Prozesse steige die Qualität der Produkte bei sinkendem Anteil von Ausschuss und reduziertem Energieeinsatz, fasst Prof. Dr. Dominique Thévenin, Co-Sprecher des Verbunds und Inhaber des Lehrstuhls Strömungsmechanik und Strömungstechnik der Universität Magdeburg, das langfristige Ziel zusammen. „Unsere Motivation für die weitere Prozessentwicklung ist es, den CO2-Fußabdruck zu verkleinern“, so Thévenin weiter. „Das kann uns nur gelingen, wenn wir alle physikalisch-chemischen Prozesse vollständig verstehen.“ Durch die Digitalisierung der Produktionsprozesse versprechen sich die Wissenschaftler, künftig auch erneuerbare Energieträger wie Wasserstoff oder Biomasse für diese Produktionsverfahren einsetzen zu können.

    Pressekontakt

    Prof. Dr. Viktor Scherer

    Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik

    Fakultät für Maschinenbau

    Ruhr-Universität Bochum

    Tel: +49 234 32 26328

    E-Mail: scherer@leat.rub.de

    Prof. Dr. Dominique Thévenin

    Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik

    Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik

    Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

    Tel: +49 391 67 58570

    E-Mail: thevenin@ovgu.de


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Prof. Dr. Viktor Scherer

    Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik

    Fakultät für Maschinenbau

    Ruhr-Universität Bochum

    Tel: +49 234 32 26328

    E-Mail: scherer@leat.rub.de

    Prof. Dr. Dominique Thévenin

    Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungstechnik

    Fakultät für Verfahrens- und Systemtechnik

    Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

    Tel: +49 391 67 58570

    E-Mail: thevenin@ovgu.de


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Maschinenbau, Umwelt / Ökologie
    überregional
    Forschungsprojekte
    Deutsch


    Hilfe

    Die Suche / Erweiterte Suche im idw-Archiv
    Verknüpfungen

    Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.

    Klammern

    Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).

    Wortgruppen

    Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.

    Auswahlkriterien

    Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).

    Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).

    Cookies optimieren die Bereitstellung unserer Dienste. Durch das Weitersurfen auf idw-online.de erklären Sie sich mit der Verwendung von Cookies einverstanden. Datenschutzerklärung
    Okay