Masterarbeit (w/m/d) - Elektrifizierung von Hochtemperaturprozessen

Das erwartet dich

Möchtest du an der Schnittstelle von Materialforschung und Ingenieurwesen arbeiten und dazu beitragen, industrielle Prozesse nachhaltiger zu gestalten? Bist Du bereit, ein innovatives Konzept zum ersten Mal zu demonstrieren? Dann ist diese Masterarbeit genau das Richtige für dich!

Industrielle Hochtemperaturprozesse sind große CO2-Emittenten, da sie meist fossiles Methan zur Wärmeerzeugung nutzen. Bisher stellt die Elektrifizierung von Hochtemperaturprozessen (> 600 °C) noch eine Herausforderung dar wenn hohe Leistungsdichten gefragt sind, und der Einsatz von grünem Wasserstoff ist aufgrund seines hohen Werts als chemischer Rohstoff und der damit verbundenen hohen Nachfrage nicht für alle Prozesse geeignet.

In deiner Arbeit beschäftigst du dich mit der direkten Elektrifizierung von Hochtemperaturprozessen unter Nutzung von Metalloxiden mit Perovskitstruktur. Diese Perovskite sind eine vielversprechende Materialklasse aufgrund ihrer breiten Anwendungsfälle. In einer nicht-stöchiometrischen chemisch reversiblen Reaktion werden sie oxidiert (z.B. an Wasser um Wasserstoff zu produzieren, oder pumpen Sauerstoff aus einer Atmosphäre) und reduziert unter Sauerstoffabgabe. Durch die direkte Elektrifizierung werden die Metalloxidstrukturen sowohl chemisch als auch thermisch genutzt, indem die Spannung direkt an das elektrisch leitfähige Redox-Material angelegt wird. Dadurch wird ein externer Heizer eingespart und die thermische Energie direkt im Zielmaterial bereitgestellt. Durch die dabei, je nach Sauerstoffpartialdruck, ablaufende parallele chemische Redox-Reaktion wird dem Material noch die exotherme oder endotherme Reaktionsenthalpie zugeführt.

Deine Aufgaben

• Reaktorkonzept: Entwickle ein flexibles Reaktorkonzept im Labormaßstab zur direkten elektrischen Erhitzung von Perovskitmaterialien unterschiedlichster Struktur. Ein Augenmerk wird hier auf der Kopplung der elektrischen Spannungsquelle an die Perovskitmaterialien liegen.
• Design und Konstruktion: Entwurf und Aufbau des Reaktors, inklusive Sensorauswahl (Temperatur, Druck, O2-Gehalt), Integration von Gasströmen durch das Reaktionsmaterial.
• Messungen: Demonstriere zum ersten Mal das innovative Konzept und evaluiere die Effizienz der Elektrifizierung

Das bringst du mit

• Master Studium in der Endphase im Bereich Maschinenbau, Materialwissenschaften, oder Werkstoffwissenschaft
• Erfahrungen im Reaktordesign in CAD
• Gute Kenntnisse in Wärme- und Stofftransport, Thermodynamik und Elektrotechnik
• Fließende Englischkenntnisse