Dr.-Ing. Fabian Hagen

Dr.-Ing. Björn Stelzner

Studierende des Chemieingenieurwesens/Verfahrenstechnik (o.ä.) mit Freude an experimenteller Arbeit sowie mit Vorliebe für innovative Messtechnik. Kenntnisse in optischer Messtechnik können den Einstieg in die Arbeit erleichtern, sind aber nicht zwingend erforderlich.

Ort: CS

Motivation:

Eisenpartikeln und ihre Oxide können in einem Kreislauf als kohlenstofffreier chemischer Energieträger zur Speicherung regenerativ erzeugten Stroms genutzt werden. Erneuerbarer Strom wird zur Reduktion von Eisenoxid verwendet (Einspeicherung). Örtlich und zeitlich davon getrennt werden mikrometergroße Eisenpartikeln unter Energiefreisetzung zur Stromerzeugung oxidiert (Ausspeicherung). Dadurch wird erneuerbare Energie in großen Mengen gespeichert, transportiert und CO2-frei bereitgestellt – einer bisher ungelösten zentralen Herausforderung der Energiewende. Am Engler-Bunte-Institut wird die Hochtemperaturoxidation von Eisenpartikelensembles zur Energieausspeicherung intensiv untersucht. Nach heutigem Kenntnisstand geht man davon aus, dass der geschwindigkeitsbestimmende Schritt bei der Oxidation der Eisenpartikel auf die Reaktion von Eisen mit molekularem Sauerstoff zu Eisen(II)-oxid (Fe + 0,5 O₂ -> FeO) zurückzuführen ist. Die unerwünschte Bildung von Nanopartikeln kann möglicherweise auch auf eine übersättigte Eisen(II)-oxid-Gasphase zurückgeführt werden.

Aufgabenstellung:

Ziel dieser Masterarbeit ist die räumlich aufgelöste Konzentrationsbestimmung von Eisen(II)-oxid in der Gasphase mittels planarer laserinduzierter Fluoreszenz (PLIF). Die laserinduzierte Fluoreszenz erfolgt in zwei Schritten: Absorption eines von einem Laser emittierten Photons gefolgt von der Emission eines Fluoreszenzphotons aus dem angeregten elektronischen Zustand. In einem ersten Schritt ist ein geeigneter und erlaubter elektronischer Übergang zur Anregung eines LIF-Signals von Eisen(II)-oxid zu evaluieren. Die sich daraus ergebende Anregungswellenlänge gilt es dann mit einem geeigneten Farbstofflaser abzustimmen. Darüber hinaus müssen die Detektionseinheit und die Lichtschnittoptik aufgebaut und der Anregungspuls mit der Detektionseinheit synchronisiert werden. Die Funktionstüchtigkeit des PLIF-Systems ist durch die Visualisierung von Eisen(II)-oxid in der Gasphase in einem generischen Validierungsexperiment zu demonstrieren, das ebenfalls konzipiert und aufgebaut werden soll. Hierbei ist unter anderem auch die Auswirkung von Stoßquenching auf das LIF-Signal zu bewerten. Den Abschluss der Arbeit bildet die Bestimmung der zweidimensionalen Konzentrationsfelder von Eisen(II)-oxid in einer Eisenstaubflamme in Abhängigkeit variierender Randbedingungen.

Aufgabensteller:

Prof. Dr.-Ing. Dimosthenis Trimis