Exzellenzcluster „Das Fuel Science Center“ - Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen

  DFG ECX 2186 - FSC Urheberrecht: The Fuel Science Center DFG ECX 2186 - FSC

Die zunehmende Verfügbarkeit nicht-fossiler Energietechnologien eröffnet beispiellose Chancen zur Neugestaltung der Schnittstellen energetischer und stofflicher Wertschöpfungsketten für eine nachhaltige Zukunft. Die Grundlagenforschung des Exzellenzclusters „Das Fuel Science Center – Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen“ (FSC) schafft die Basis für die integrierte Umwandlung von erneuerbarer Elektrizität mit biomassebasierten Rohstoffen und CO2 zu flüssigen Energieträgern mit hoher Energiedichte („Bio-hybrid Fuels“), die eine hocheffiziente und saubere Verbrennung ermöglichen. Im FSC werden Erkenntnisse und wissenschaftliche Methoden erarbeitet, um die motorische Verbrennung fossiler Kraftstoffe durch adaptive Produktions- und Antriebs-systeme auf Basis regenerativer Energie- und alternativer Kohlenstoffquellen unter dynamischen Rand-bedingungen zu ersetzen.

Die aktuelle Forschung zu erneuerbaren Treibstoffen konzentriert sich auf Ersatzkraftstoffe für die heutige Motorentechnologie. Als Kohlenstoffquelle dient dabei entweder nachhaltig erzeugte Biomasse oder CO2 für E-Fuels. Das FSC geht in seinem konvergenten Ansatz zu Bio-hybrid Fuels weit darüber hinaus und schafft die wissenschaftlichen Grundlagen für ein integriertes Design von Produktionsprozessen und Motorentechnik. Adaptive technologische Lösungen werden angestrebt, um auf die zunehmende Diversifizierung der Energie- und Rohstoffversorgung und Veränderungen des Mobilitätssektors reagieren zu können. Zur Realisierung flexibler und ökonomischer Wertschöpfungsketten wird dabei die (elektro-)katalytische Produktion von Energieträgern und Chemikalien berücksichtigt. Für die Rück-wandlung der chemisch gespeicherten Energie werden emissionsminimierte, molekular kontrollierte Verbrennungssysteme erforscht. Es werden methodische Konzepte entwickelt, um für die Bewertung von Umweltbelastung, Wirtschaftlichkeit und gesellschaftlicher Relevanz von einer analytischen Beschreibung zu belastbaren Prognosen zu gelangen.

Das FSC stärkt disziplinare Kompetenzen der Natur-, Ingenieurs- und Sozialwissenschaften und bündelt sie in einer dynamischen Teamstruktur. Vorwärtsintegration erfolgt von der Grundlagenforschung der einzelnen Disziplinen hin zum komplexen Gesamtsystem. Gleichzeitig liefern inverse Methoden den Informationsfluss aus der Systemebene zurück und ermöglichen so ein integriertes Design von Molekül und Maschine.

Aufbauend auf den Erfolgen des Exzellenzclusters „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse" schafft das FSC als strukturbildende Einheit der kooperierenden Institute an der RWTH Aachen University, nun im Verbund mit dem Forschungszentrum Jülich sowie den beiden beteiligten Max-Planck-Instituten, ein weltweit führendes wissenschaftliches Umfeld. Gemeinschaftliche Modelle für Junior-Forschergruppen, „Tenure-Track-“ und „Leuchtturm-Professuren“ werden attraktive Karrierewege in der deutschen Forschungslandschaft eröffnen.

 

Projektdetails

Mitarbeiter

  • Valeri Kirsch
  • Leif Schumacher

Projektlaufzeit

  • 2019 – 2025

Gefördert durch

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kooperationspartner

Teilnehmende Kooperationspartner:

  • RWTH Aachen University
  • Forschungszentrum Jülich (FZJ)
  • Max-Planck Institute for Chemical Energy Conversion
  • Max-Planck Institut für Kohleforschung

Weitere Kooperationspartner

  • University of Alberta
  • University of California
  • CO-Optimization of Fuels & Engines (Co-Optima)
  • Öko-Institut – Institute for Applied Ecology
  • Energieagentur.NRW

Eingesetzte Infrastruktur

Test-Benches:

  • Transparent High-Pressure Spin-Coater
  • Adaptive Fuel Injection System
  • Spray Chambers
  • Glass Nozzle Test Bench
  • Microscopy Chamber
  • Catalytic Flow Chamber
  • Gas-Premixing Unit
  • Single Droplet Generator

Laser-Optical Methods:

  • Ultra-Highspeed Visualization
  • Tunable IR Laser System
  • LWIR-CRD, Long-Wavelength Infrared Cavity-Ringdown Laser-Absorption Spectroscopy
  • Femtosecond Transmitted Light Microscopy
  • FTIR
  • Shadowgraphy
  • Schlieren
  • Microscopy
  • Laser Correlation Velocimetry
  • Phase Doppler Anemometry
  • Laser Doppler Anemometry
  • 2D-2c-LIF EET
  • Planar LIF
  • Micro-PIV