Verbrennungstechnik
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.
Forschungsprojekte
Aktuelle Projekte
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Das DFG-Schwerpunktprogramm SPP 2419 HyCAM (Hydrogen-based fuel combustion using additive manufacturing) befasst sich mit der Optimierung thermochemischer Energiewandlungsprozesse zur flexiblen Nutzung wasserstoffbasierter erneuerbarer Brennstoffe durch additive Fertigungsverfahren. Das gemeinsame Teilprojekt des KIT und der TU Freiberg untersucht die nicht vorgemischte Verbrennung von Ammoniak in maßgeschneiderten porösen inerten Medien.
Hauptprojekt: https://spp2419.itv.rwth-aachen.de/
Projektträger: |
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Untersuchung der Interaktion zwischen eingedüsten Wassertropfen und Flammen Die Tropfen-Flamme-Interaktion stellt neben der Grundlagenforschung auch für eine Vielzahl von industriellen und praktischen Anwendungen ein interessantes Themenfeld dar. So können in Gasturbinen durch eine gezielte Wassereindüsung Temperaturspitzen und damit die Bildung von thermischen Stickoxiden deutlich reduziert werden. |
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Iron-H2(O)
Loop-Reaktor zur Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff durch Reaktion von Eisen mit Wasser In dem von der KIT-Academy for Responsible Research, Teaching, and Innovation (ARRTI) geförderten Vorhaben, soll ein Loop-Reaktor mit einer maßgeschneiderten Fe-Matrix mit hoher Zyklen-Stabilität entwickelt werden, der auf eine dezentrale, schnelle und saubere Wasserstoffproduktion aus Wasserdampf durch Umwandlung von Fe in Fe3O4 abzielt. |
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SFB/TRR 150 TP A06
Turbulente, chemisch reagierende Mehrphasenströmung in Wandnähe Turbulente, chemisch reagierende Mehrphasenströmung in Wandnähe Im TRR 150 erarbeiten Wissenschaftler*innen der TU Darmstadt und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam die wissenschaftlichen Grundlagen und Modelle zur chemischen Reaktionskinetik, zu komplexen Dreiphasenströmungen, zur instationären Wärmeübertragung in Wandnähe und zur Turbulenz-Chemie-Wand-Interaktion. |
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H2_Turb
Verbundvorhaben: Demonstration der emissionsarmen direkten H2-Verbrennung in Turbinen (für stationäre und mobile Anwendungen) - Teilprojekt: Prinzipversuche H2-Verbrennung |
| Kondensatbildung
Kondensatbildung in Abgassystemen bei niedrigen Temperaturen |
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Partikelreaktivität
Reaktivität von Partikeln aus Ottomotoren: Beziehung zu Partikeleigenschaften und motorische Einflussparameter https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/316493809?context=projekt&task=showDetail&id=316493809& |
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BOYSEN
Vorgemischte Wasserstoff-Verbrennung bei hohen Rezirkulationsraten (BOY-178) |
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Clean Circles
Untersuchung der laminaren Verbrennungswellengeschwindigkeit und -struktur in Eisenstaubbrennern vom Typ Bunsen https://www.tu-darmstadt.de/clean-circles/about_cc/index.en.jsp |
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Abgelaufene Projekte
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Entwicklung eines Dual-Fuel Porenstrahlungsbrenners zum Betrieb mit reinem Wasserstoff und/oder Erdgas (WAsserstoffPorenStrahler) |
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Recycling carbon dioxide in the cement industry to produce added-value additives: a step towards a CO2 circular economy |
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Abgaszusammensetzung bei niedrigen Temperaturen |
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TURBOmachinery REtrofits enabling FLEXible back-up capacity for the transition of the European energy system |
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Fortschrittliche direkte Biogas-Brennstoff Einheit für die robuste und kostensparende dezentrale Wasserstofferzeugung |
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Renewable Power Generation by Solar Particle Receiver Driven Sulphur Storage Cycle https://www.kit.edu/kit/english/pi_2017_044_using-sulfur-to-store-solar-energy.php http://www.dlr.de/sf/en/desktopdefault.aspx/tabid-9315/16078_read-48454/ http://cordis.europa.eu/project/rcn/205804_en.html |
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Innovative large-scale energy STOragE technologies AND Power-to-Gas concepts after Optimisation |
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SOot Processes and Radiation in Aeronautical inNOvative combustors |
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Machine learning for Advanced Gas turbine Injection SysTems to Enhance combustoR performance |
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Modulare Erweiterung eines Gesamtmodells zur verbesserten Vorhersage des Verbrennungsverlaufs von Flüssigbrennstoff/Wasser-Emulsionen |
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A highly efficient Power-to-Gas process has been realized by the European research project HELMETH. |
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Methanmotoren für Personenkraftwagen |
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Energy Efficient Coil COating Process |
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Bewertung einer auf geringe Emissionen ausgelegten Brennkammer |
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Emissions Soot Model |