Masterarbeit (w/m/d): Technoökonomie der CO2-aktiven Fischer-Tropsch-Synthese
Das erwartet dich
Die Abteilung Bewertung solarer Produktionsprozesse des Instituts Future Fuels beschäftigt sich mit Herstellungsrouten zur nachhaltigen Erzeugung zukünftiger chemischer Energieträger. Dazu zählen auch synthetische Kohlenwasserstoffe aus CO2 und erneuerbarem Strom (Power-to-Liquid), die einen zentralen Baustein für die Defossilisierung von Verkehr und chemischer Industrie darstellen. Aus dem Wasserstoff der Elektrolyse und CO2 entsteht über die reverse Wassergas-Shift-Reaktion (RWGS) ein Synthesegas, das in der Fischer-Tropsch-Synthese (FT) zu flüssigen Produkten umgesetzt wird. Im etablierten Verfahren laufen RWGS und FT in getrennten Reaktoren. Die CO2-aktive FT führt beide Reaktionen am selben Katalysator in einem Reaktor zusammen und stellt damit einen Fall der Prozessintensivierung dar.
Ob dieser intensivierte Weg wirtschaftlich trägt, hängt vor allem von Aktivität, Selektivität und Lebensdauer des Katalysators ab, dessen Stabilität lange als kritischer Engpass galt. Aktuelle Arbeiten berichten inzwischen Standzeiten von über 1000 bis 2000 Stunden im Labormaßstab und rücken eine belastbare technoökonomische Bewertung dieses Pfades erst jetzt in Reichweite.
Deine Aufgaben
• Literaturrecherche zum Stand der CO2-aktiven FT: erreichbare Umsätze
und Selektivitäten, eingesetzte Eisenkatalysatoren, berichtete Standzeiten
und Desaktivierungsmechanismen
• Aufbau eines stationären Prozessmodells der CO2-aktiven FT-Route
(Elektrolyse, CO2-Bereitstellung, intensivierter FT-Reaktor)
in Aspen Plus, mit einem geeigneten Reaktormodell
• Definition eines Referenzfalls (getrennter RWGS-Reaktor mit
nachgeschalteter konventioneller FT) als Benchmark,
um den Effekt der Prozessintensivierung zu quantifizieren
• Technoökonomische und, soweit sinnvoll, ökologische Auswertung
der Simulationsergebnisse mit Python
• Break-even-Analyse: Ab welcher Kombination aus Katalysatoraktivität,
C5+-Selektivität und Standzeit wird die CO2-aktive Route gegenüber
dem Referenzfall wettbewerbsfähig?
Das bringst du mit
• Studium der Verfahrenstechnik, Chemieingenieurwesen oder vergleichbarer Studiengang
• Sehr gute Programmierkenntnisse vorhanden (wie z.B. Python, MATLAB, C++)
• Gute Kenntnisse in Fließbildsimulationssoftware (wie z.B. Aspen Plus®, CHEMCAD)
• Sehr hohe Aufnahmefähigkeit, Eigeninitiative und Selbständigkeit
Die Vergütung erfolgt je nach Qualifikation und Aufgabenübertragung bis Entgeltgruppe 5 TVöD.
