Forschungsprofil

Die Forschung des Institutsteils Verbrennungstechnik des Engler-Bunte-Instituts befasst sich mit allen Aspekten moderner Technologien zur Brennstoffumwandlung. Unser klassisches Forschungsfeld ist die Umwandlung kohlenstoffbasierter Brennstoffe, mit Blick sowohl auf die Grundlagenforschung z.B. zur Rußbildung, Verbrennungsinstabilitäten, Verbrennungslärm, als auch auf angewandte Verbrennungstechnologien für Gasturbinen (stationäre und Flugantriebe) und Kraftwerksanwendungen. Darüber hinaus sind der Klimawandel und zunehmende Nachhaltigkeitsanforderungen treibende Faktoren für neuartige Forschungsfelder im Hinblick auf die folgenden Trends:

• Ein dominantes Forschungsthema für die nächsten Dekaden wird die nachhaltige Energieversorgung sein. Erneuerbare Energien, alternative Brennstoffe, Energiespeicherung und Energieeffizienz, sowie präzise Regelbarkeit und intelligente Netze sind unverzichtbare Bestandteile einer nachhaltigen Energiezukunft.
• Da alternative und regenerative Energiequellen ebenfalls Einzug in zukünftige Herstellungsprozesse haben werden, müssen die spezifischen Effekte ihrer Anwendung in der Güterherstellung (z.B. schwankende Verfügbarkeit vs. Kontinuierliche Nachfrage) untersucht und mögliche Schwierigkeiten gelöst werden.
• Ein wichtiger Schwerpunkt für eine garantierte, kontinuierliche Energieversorgung wird die Systemtechnik sein. Dadurch werden interdisziplinäre Forschungskooperationen, insbesondere mit den Materialwissenschaften, zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Um diesen gesellschaftlichen Herausforderungen zu begegnen sind unsere mittel- bis langfristigen Forschungsziele:

• Neuartige Brennstoffe: Aufgrund steigender Nachhaltigkeitsanforderungen werden zukünftige gasförmige und flüssige Brennstoffe zunehmend mehr Wasserstoffträger (Wasserstoff und/oder Ammoniak), synthetische und biogene Komponenten, sowie Schwachgase beinhalten, während neue feste Brennstoffe auf Basis von Biomasse oder Metallen in Betracht gezogen werden. In diesem Zusammenhang werden wir die detaillierte Charakterisierung und Analyse der Verbrennungseigenschaften dieser neuen Brennstoffe vorantreiben.
• Grundlegende Prozesse: Die zugrundeliegenden physikalischen und chemischen Phänomene der Umsetzung von neuartigen gasförmigen Brennstoffen z.B. Zündung, Flammenausbildung und Verbrennungsstabilität werden untersucht. Für neue Flüssigbrennstoffe studieren wir die Spraybildung, Gemischbildung und folgende Verbrennung, während für feste Brennstoffe die heterogene Devolatilisierung, Koksumsatz/Oxidbildung und die zugehörigen homogenen Gasphasenprozesse untersucht werden.
• Systemwechselwirkungen: Die Interaktionen dieser neuartigen Verbrennungsprozesse mit Materialeigenschaften müssen untersucht werden. Darüber sind zukünftige Forschungsthemen die Wechselwirkung mit anderen Prozessen z.B. thermoelektrischer, elektrochemischer (Elektrolyse, Brennstoffzellen), solar-thermischer und solar-chemischer Natur.

Um diese Forschungsziele zu erreichen, setzen wir zwei komplementäre Bereiche von Forschungswerkzeugen ein:

• Fortgeschrittene experimentelle Messtechnik: Wir setzen sowohl etablierte als auch sich entwickelnde moderne Messtechniken ein, um alle relevanten physikalischen Phänomene mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu untersuchen. Dieses Forschungsfeld ist vor allem durch die Professur für Verbrennungstechnik abgedeckt.
• Detaillierte Simulation reagierender Mehrphasenströmungen: Unter Verwendung moderner Hochleistungsrechner entwickeln wir fortgeschrittene Modelle zur genauen Vorhersage sowohl grundlegender physikalischer Aspekte, als auch von Prozessinteraktionen innerhalb von technischen Anwendungen. Diese Forschungsrichtung wird vor allem von der Professur Simulation reaktiver Thermo-Fluid Systeme verfolgt.