Thermodynamische Prozesse

Der weltweit wachsende Energiebedarf und die Nutzung fossiler Energieträger führen zu einer Erhöhung des Kohlendioxidanteils in der Erdatmosphäre und einem Wandel des Klimas, dessen Auswirkungen schon heute durch extreme Wetterereignisse zu spüren sind. Auf der UN-Klimakonferenz 2015 in Paris einigten sich die teilnehmenden Staaten daher darauf, die globale Erwärmung bezogen auf das Niveau vor Beginn der Industrialisierung möglichst auf 1,5 K zu begrenzen. Hierfür ist weltweit eine deutliche Reduzierung der CO₂-Emissionen notwendig.

Die Thermodynamik spielt in Forschung und Entwicklung der Energie- und Verfahrenstechnik eine wichtige Rolle. Sie liefert mit dem ersten und zweiten Hauptsatz die Werkzeuge zur Bilanzierung von Prozessen und damit zur Identifizierung von Optimierungspotentialen. Dabei stehen hauptsächlich Kreisprozesse im Vordergrund, die der Umwandlung und damit Nutzbarmachung von Energie dienen. Diese Anlagen sind allgegenwärtig - ob als Kühlschrank, Wärmepumpe oder Kraftwerk. Ohne sie wäre zivilisiertes Leben nicht vorstellbar.

Neben der Modellierung und Optimierung dieser Kreisprozesse werden am IFT experimentelle Untersuchungen an Kältemaschinen- und Wärmepumpenprozessen durchgeführt, die den Fokus sowohl auf die einzelnen Apparate als auch die eingesetzten Arbeitsfluide richten.

• Bilanzierung komplexer thermodynamischer Kreisprozesse
• Modellbasierte und experimentelle Untersuchung einer Kompressions-Wärmepumpe mit Lösungskreislauf für den industriellen Einsatz zur Aufwertung von Abwärme
• Auslegung und Optimierung von Thermalmanagement-Systemen
• Entwicklung von Anlagenregelungen und -regelkonzepten

Brennstoffzellensysteme werden im zukünftigen Energiesystem eine wesentliche Rolle spielen. Die Anwendungsfelder erstrecken sich von mobilen Anwendungen im Fahrzeug bis hin zur dezentralen Energieversorgung von Wohnsiedlungen. In Abhängigkeit des Anwendungsfalls werden verschiedene Brennstoffzellen- sowie Elektrolysetypen unterschieden. Während für dynamische und mobile Anwendungen Zellen auf Basis eines Polymer-Elektrolyten (PEMFC / PEMEC) im Fokus stehen, sind für stationäre Anwendungen Zellen mit einem keramischen Elektrolyten von besonderem Interesse (SOFC / SOEC).

• Modellbasierte Analyse von PEMFC's, SOFC's und SOEC's (stationär und transient) 
• Experimentelle Analyse von SOFC's und SOEC's (Einzelzelle bis Shortstack)
• Modellbasierte und experimentelle Analyse von Systemkomponenten (Wärmeübertrager und Injektoren) 
• Thermodynamische Systemanalyse (energetische und exergetische Optimierung)
• Thermoelektrochemischer Generator auf PEM-Basis