Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICTModellierung Elektrolysesysteme
- Masterarbeit
Abschlussarbeiten, studentische Hilfskräfte und Praktika
Motivation
Elektrolyseverfahren spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Umsetzung der Wasserstoffindustrie in Deutschland. Sie ermöglichen die Herstellung von grünem Wasserstoff mittels erneuerbarer Energien. Um die Effizienz und Nachhaltigkeit dieser Prozesse zu steigern, ist eine detaillierte Modellierung und Simulation der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse notwendig. Fortschritte in der Simulation von Elektrolyseprozessen können wesentlich zur Optimierung der Systeme beitragen und somit den Weg für eine breite industrielle Anwendung ebnen.
Vorhabensbeschreibung
Ziel der Masterarbeit ist es, neue oder bestehende Modelle zur Simulation von Elektrolyseprozessen zu erstellen oder weiterzuentwickeln. Abhängig von den Interessen und Vorkenntnissen der/des Studierenden können verschiedene Schwerpunkte gewählt werden:
- Systemmodelle: Untersuchung und Weiterentwicklung umfassender Modelle (AWE und PEM-Elektrolyse), die den gesamten Elektrolyseprozess abbilden, einschließlich Peripherie und Prozessdynamik.
- Physikalische oder datengetriebene Zellmodelle: Detaillierte Modellierung einzelner Zellen und Stacks, um das Verhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu simulieren und zu optimieren. Hierbei können entweder physikalische Modelle basierend auf grundlegenden Prinzipien oder datengetriebene Ansätze basierend auf Messdaten zum Einsatz kommen.
- Physikalische Single-Channel Modelle: Entwicklung und Verfeinerung von Modellen, die den Transport von Ionen, Elektronen und Gasen in einem einzelnen Kanal der Elektrolysezelle detailliert simulieren, um ein besseres Verständnis der lokalen Prozesse zu ermöglichen.
Die Masterarbeit bietet Ihnen die Möglichkeit, an der Spitze der anwendungsorientierten Forschung zu Elektrolyseprozessen mitzuwirken und einen wichtigen Beitrag zur Energiewende zu leisten.
Aufgaben
- Einarbeitung in die Grundlagen der Elektrolyse und in bestehende Modellierungsansätze bzw. Software.
- Auswahl eines geeigneten Modellierungsansatzes (Systemmodell (Modelica), Zellmodell (Python), Single-Channel Modell (COMSOL Multiphysics)).
- (Weiter-) Entwicklung des Simulationsmodells und Durchführung Optimierungsversuchen und Parameterstudien.
- Analyse und Interpretation der Simulationsergebnisse.
- Dokumentation der Ergebnisse und Ableitung von Optimierungsvorschlägen für reale Elektrolyseprozesse.
Voraussetzungen
- Studium im Bereich Ingenieurwissenschaften, Physik, Chemie, Informatik oder einer vergleichbaren Fachrichtung.
- Grundkenntnisse in der Modellierung physikalischer Systeme, der genannten Software und/oder im Bereich maschinelles Lernen sind vorteilhaft, aber keine Voraussetzung.
- Interesse an elektrochemischen Prozessen, Energiesystemen sowie deren mathematische Modellierung.
- Fähigkeit zu selbstständigem Arbeiten sowie gute analytische und problemlösende Fähigkeiten.
- Gute Sprachkenntnisse in Englisch.