Kompetenzen

Das Institut für Thermodynamik der Leibniz Universität Hannover ist Ansprechpartner für Unternehmen, die thermodynamisches Know-how auf wissenschaftlichem Niveau suchen – praxisnah, messbar und anwendungsbereit. Unsere Forschungsarbeit verbindet grundlegende wissenschaftliche Methodik mit dem Anspruch, reale technische Herausforderungen zu lösen. Dabei decken wir ein breites Spektrum ab: von der präzisen Messung thermophysikalischer Stoffdaten über die Auslegung von Wärmeübertragern und Kreisprozessen bis hin zur Modellierung komplexer Energiesysteme. Als Einrichtung der Leibniz Universität Hannover vereinen wir exzellente wissenschaftliche Infrastruktur mit dem direkten Zugang zu aktuellen Forschungsergebnissen – und schaffen so die Voraussetzung für Kooperationen, die echten industriellen Mehrwert erzeugen.

Ein zentrales Standbein unserer Arbeit ist die thermodynamische Systemanalyse. Wir analysieren und bewerten thermische Systeme ganzheitlich – von Messbilanzen über Komponentenanalysen bis hin zu Energie- und Exergiebilanzen. Auf dieser Basis entstehen physikalisch fundierte Modelle, die Unternehmen bei der Auslegung, Optimierung und dem Betrieb komplexer Anlagen und Prozesse unterstützen. Dabei arbeiten wir eng mit unseren Industriepartnern zusammen, um praxisnahe Lösungen zu entwickeln, die unmittelbar in bestehende Prozesse integriert werden können.

• Erstellung und Auswertung von Mess- und Komponentenbilanzen
• Energie- und Exergieanalyse zur Identifikation von Verlustquellen und Optimierungspotenzialen
• Physikalisch fundierte Modellbildung für thermische Systeme und Prozesse
• Auslegung und Bewertung komplexer Anlagen auf Basis thermodynamischer Kenngrößen
• Beratung und Unterstützung bei der Prozessoptimierung im industriellen Maßstab

Wärmeübertrager sind in nahezu allen industriellen Prozessen ein zentrales Element, und ihre gezielte Auslegung entscheidet maßgeblich über die Effizienz einer Anlage. Wir messen und berechnen Wärmeübergangskoeffizienten, legen Apparate für spezifische Anforderungen aus und beherrschen dabei ein breites Spektrum – von Zweiphasenströmungen über Hochtemperaturanwendungen bis hin zu kompakten, additiv gefertigten Bauformen. Für Unternehmen, die Effizienz steigern oder neue Technologien erproben wollen, bieten wir sowohl numerische Methoden als auch experimentelle Validierung an eigenen Prüfständen. Darüber hinaus untersuchen wir neue Oberflächentechnologien und Fertigungsverfahren, die das Potenzial haben, Wärmeübertrager der nächsten Generation zu prägen.

• Messung und Berechnung von Wärmeübergangskoeffizienten unter realen Betriebsbedingungen
• Auslegung und Optimierung von Wärmeübertragern für Hochtemperatur- und Hochdruckanwendungen
• Experimentelle und numerische Untersuchung von Zweiphasenströmungen und Phasenwechselprozessen
• Entwicklung und Erprobung additiv gefertigter Kompaktwärmeübertrager für neue Anwendungsfelder
• Untersuchung funktionalisierter Oberflächen zur Steigerung der Wärmeübertragungsleistung

Die wasserstoffbasierte Energieversorgung ist eines der prägenden Themen der Energiewende – und ein Bereich, in dem wir über langjährige, tiefgehende Kompetenz verfügen. Unser Fokus liegt auf der experimentellen Charakterisierung und simulationsgestützten Auslegung von Hochtemperatur-Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) sowie auf der Untersuchung von Elektrolysesystemen und elektrochemischen Thermozellen. Wir begleiten die gesamte Entwicklungskette: vom präzisen Einzelzellentesting über die Stack-Auslegung bis zur thermodynamischen Bewertung des Gesamtsystems. Darüber hinaus untersuchen wir die Integration dieser Technologien in übergeordnete Energiesysteme und bieten Industriepartnern maßgeschneiderte Unterstützung bei der Auslegung, Bewertung und Weiterentwicklung wasserstoffbasierter Konzepte.

• Simulationsgestützte Auslegung und Optimierung von Brennstoffzellensystemen
• Untersuchung von Hochtemperatur-Elektrolysezellen (SOEC) für die grüne Wasserstoffproduktion
• Thermodynamische Analyse und Bewertung wasserstoffbasierter Gesamtsysteme
• Entwicklung und Charakterisierung elektrochemischer Thermozellen zur Nutzung von Hochtemperaturwärme

Zuverlässige Prozesssimulationen und Anlagenauslegungen stehen und fallen mit der Qualität der zugrundeliegenden Stoffdaten. Mit eigens entwickelter Präzisionsmesstechnik bestimmen wir thermophysikalische Eigenschaften über weite Temperatur- und Druckbereiche – für Reinstoffe ebenso wie für technisch relevante Gemische. Unsere Messungen sind rückführbar auf internationale Standards und entsprechen damit höchsten metrologischen Anforderungen. Für Unternehmen aus der Prozess-, Energie- oder Kältetechnik bieten wir sowohl gezielte Einzelmessungen als auch umfassende Datenkampagnen an – und liefern damit die belastbare Datenbasis, die moderne Prozessentwicklung erfordert.

• Präzisionsmessungen von Dichte, Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit über weite Temperatur- und Druckbereiche
• Bestimmung von Schallgeschwindigkeit und Emissionsgraden für technisch relevante Fluide und Feststoffe
• Adsorptionsmessungen an porösen und nicht-porösen Materialien unter definierten Bedingungen
• Rückführbare Kalibrierung von Temperatur- und Druckmessgeräten nach internationalen Standards
• Bereitstellung gesicherter Stoffdaten als Grundlage für Prozesssimulationen und Zustandsgleichungen

Von der Auslegung effizienter Wärmepumpen über die Analyse thermodynamischer Kreisprozesse bis hin zu neuartigen Energiespeicherkonzepten beherrschen wir Simulation und experimentelle Erprobung mit konventionellen und natürlichen Arbeitsmitteln. Besonderes Augenmerk legen wir dabei auf Hochtemperaturanwendungen und dynamische Betriebsführung – Themen, die für die industrielle Wärmeversorgung und die sektorübergreifende Energieintegration zunehmend an Bedeutung gewinnen. Unsere Technikumsanlagen ermöglichen die Validierung von Simulationsmodellen unter realen Betriebsbedingungen, sodass Erkenntnisse aus der Forschung direkt in die industrielle Anwendung überführt werden können.

• Auslegung und Simulation von Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln für Hochtemperaturanwendungen
• Thermodynamische Analyse und Optimierung von Kreisprozessen für industrielle Wärmeversorgung
• Entwicklung und Validierung transienter Simulationsmodelle für Wärmepumpen und Energiespeicher
• Untersuchung neuartiger Energiespeicherkonzepte, insbesondere elektrothermischer Speichersysteme
• Erarbeitung dynamischer Regelstrategien für den effizienten Betrieb thermischer Anlagen

Ergänzt wird unser experimentelles Profil durch moderne Methoden der Modellbildung und Simulation. Transiente Systemmodelle, digitale Zwillinge und maschinelles Lernen ermöglichen es, Anlagen vorausschauend zu betreiben, Optimierungspotenziale frühzeitig zu identifizieren und Entwicklungszeiten spürbar zu verkürzen. Wir setzen diese Methoden sowohl in der Grundlagenforschung als auch in direkter Zusammenarbeit mit Industriepartnern ein – und schaffen damit die Brücke zwischen wissenschaftlicher Tiefe und praktischer Anwendbarkeit. Besonders hervorzuheben ist der Einsatz symbolischer Regression und optimaler Versuchsplanung, mit denen wir den Aufwand für die Entwicklung präziser thermodynamischer Modelle erheblich reduzieren können.

• Entwicklung transienter Systemmodelle und digitaler Zwillinge für thermische Anlagen
• Einsatz von maschinellem Lernen zur effizienten Modellierung thermodynamischer Eigenschaften
• Optimale Versuchsplanung zur gezielten Reduktion experimenteller Mess- und Entwicklungsaufwände
• Numerische Simulation thermischer und fluiddynamischer Prozesse mit validierten Modellen
• Simulationsgestützte Auslegung und Betriebsoptimierung komplexer Energiesysteme