Flüssigwasserstoff
In einem zukünftigen Energieszenario, in dem die Speicherung und der Transport von flüssigem Wasserstoff in großen Mengen eingesetzt werden, wird die Effizienz der Verflüssigung von Wasserstoff von größter Bedeutung sein.
Sowohl die Weiterentwicklung des Prozesses, als auch neue Ideen und Konzepte von Einzelkomponenten sind Forschungsschwerpunkt an der Professur.
• Thema: LH2-Speicher für mobile Anwendungen
Die zukünftige Bedeutung von Wasserstoff als Energieträger im mobilen Sektor wird immer deutlicher. Neben der Speicherung als Hochdruckgas verspricht die Speicherung in flüssiger Form höchste Energiedichten. Dieses Zukunftsthema bietet eine Reihe ungelöster Aufgaben, welche im Rahmen studentischer Arbeiten durchgeführt werden können.
Aktuelle Aufgabenstellungen
The work is embedded into the ZEROe program of Airbus Hamburg. A simulation basis shall be worked out for future airplane technologies based on liquid hydrogen as energy carrier. The following task shall be performed:
- Set up a 1D equipped tank system model using different Dymola Modelica libraries according to provided system schematics and/or component specifications
- Analyze the results obtained at the system boundary
- Compare the results and computational performance with the identical model, set up in Amesim Simcenter by the Airbus team
- Evaluate the usage of the Modelica editor while running the established Modelica model directly in Amesim Simcenter
Desired skills and qualifications
- Enrolled full-time student (d/f/m) in the area of Aerospace Engineering, Cryogenics or an equivalent field of study.
- First practical experience with Dymola Modelica and Amesim Simcenter is desirable.
- Knowledge within thermodynamics and fluid dynamics is a plus.
- Fluent in English, knowledge in German is a plus.
Location: Hamburg
Start: 01.07.2023
Duration: 6 months (or according to university rules)
Die Durchführung der Arbeit erfolgt im Wesentlichen bei Airbus Hamburg. Es wird eine angemessene Aufwandsentschädigung bezahlt. Die Aufgabe kann als Diplom- oder Masterarbeit, ggf. auch im Rahmen eines Forschungs- oder Fachpraktikums bearbeitet werden. Alle vor Ort erstellten Dokumente und Programmcodes sind in Englisch zu verfassen.
Betreuer: Prof. Ch. Haberstroh
Im Rahmen der Energiewende wird flüssiger Wasserstoff (LH2) als Energieträger für diverse Mobilitätsanwendungen in Betracht gezogen. Bei der Speicherung des gesättigten Fluids bei -253 °C sind Wärmeeinträge unvermeidbar. Daraus resultiert eine stete Verdampfung des Wasserstoffs, welche eine Druckerhöhung im Tank zufolge hat. Es ist damit zu erwarten, dass Wasserstoff aus dem Tank abgeblasen werden muss. Derzeitiger Standard ist das Abblasen des Boil-Off-Gases über Dach oder die Oxidation des Wasserstoffs an einem Katalysator. Ziel der Arbeit ist eine umfassende Betrachtung weiterer Optionen zur energetischen oder stofflichen Nutzung des Boil-Off-Gases.
Schwerpunkte der Arbeit:
- Einarbeitung in die Problemstellung (LH2, Boil-Off, etc.)
- Einordnung und Potentialanalyse zur stofflichen und energetischen Umsetzung von Wasserstoff
- Recherche zu technischen Lösungsansätzen
- Quantitativer Vergleich und Bewertung der erarbeiteten Optionen
- Detaillierte Ausarbeitung der Vorzugsvariante an gegebenen Randbedingungen
- Dokumentation und grafische Aufbereitung der Ergebnisse.
Die Aufgabenstellung kann bei Bedarf im Laufe der Arbeit modifiziert werden.
Betreuer: Dipl.-Ing. H. Bischoff
Euer Ansprechpartner für den Themenbereich
© Thomas Tannert
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Julian Will
- Kryotechnik -
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
© Foto Hahn
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Henrik-Gerd Bischoff
- Kryotechnik -
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• Thema: Flüssigwasserstoff für Neutronenmoderation
Flüssiger Wasserstoff eignet sich hervorragend für die Moderation (d.h. Geschwindigkeitsänderung) von Neutronen. Neutronen werden in großen Forschungseinrichtungen bei Streuversuchen für die Untersuchung von Materie verwendet, z.B. zur Entwicklung von Werkstoffen der Zukunft. Für viele Experimente werden dabei sehr langsame Neutronen bevorzugt. Für die Herstellung von langsamen Neutronen wird auf dem aktuellen Stand der Technik ausschließlich Para-Wasserstoff genutzt. Derzeit gibt es jedoch ein spannendes Projekt, das erforscht, wie sich Gemische von Ortho- und Para-Wasserstoff zur Neutronenmoderation eignen. Daraus könnte eine stark erhöhte Effizienz künftiger kryogener Neutronenmoderatoren resultieren.
Aktuelle Aufgabenstellungen
z.Z. Themen auf Nachfrage
Euer Ansprechpartner für den Themenbereich
© Roger Günther
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Sebastian Eisenhut
- Kryotechnik -
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• Thema: Ortho- und Parawasserstoff
Bei der Verflüssigung von Wasserstoff, z.B. zur Speicherung in kryogenen Tanks für mobile Anwendungen, muss der bei Raumtemperatur vorliegende Normalwasserstoff (75% ortho-H2, 25% para-H2) in fast reinen Parawasserstoff umgewandelt werden, da es sonst zu einem starken Boil-Off-Verlust im Tank kommt. Diese Umwandlung muss in technischen Anlagen mit Hilfe eines heterogenen Katalysators geschehen. Am Lehrstuhl werden solche Katalysatoren hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit untersucht, da sie von maßgeblicher Bedeutung für die Effizienz von Verflüssigeranlagen sind und daher in Zukunft eine immer wichtigere Rolle spielen werden.
Aktuelle Aufgabenstellungen
z.Z. Themen auf Nachfrage
Euer Ansprechpartner für den Themenbereich
© Roger Günther
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Sebastian Eisenhut
- Kryotechnik -
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• Thema: LH2-Transfer
Flüssiger Wasserstoff (LH2) wird von großen Industrienationen als Möglichkeit betrachtet fossile Energieträger zu substituieren. Neben der Speicherung muss auch der Transfer der tiefkalten Flüssigkeit geringste Verluste aufweisen, um den Gesamtwirkungsgrad der Versorgungsketten nicht abzusenken. In der Arbeitsgruppe Kryotechnik werden Methoden und Komponenten zum LH2 Transfer entwickelt.
Aktuelle Aufgabenstellungen
Derzeit wird der Einsatz von grünem Flüssigwasserstoff als Energieträger für verschiedene Fahrzeugklassen diskutiert. Zusätzlich zum kryogenen Tanksystem muss eine Pumpe geschafft werden, die bei niedrigen Volumenströmen hohe Druckdifferenzen überwindet, um eine Brennstoffzelle oder einen H2-Verbrennungsmotor zu beliefern. Seitenkanal-/Peripheralpumpen könnten dabei eine technologische Lücke zwischen Kolben- und Turbopumpen schließen. Auf Basis der Recherche soll zunächst ein Prototyp für Flüssighelium konzipiert werden. Anschließend soll dieser Prototyp für Flüssigwasserstoff ertüchtigt werden.
Mögliche Untersuchungspunkte:
- Literaturrecherche zur Theorie von Seitenkanal-/Peripheralpumpen
- Recherche Praxisbeispiele kryogener Pumpen
- Identifikation der Potentiale gegenüber Kreisel- und Kolbenpumpen
- Auslegung eines Pumpenprototypen für Flüssighelium
- Konstruktion der Pumpe
- Transferansätze zur Umsetzung für LH2
Betreuer: Dipl.-Ing. J. Doll
Aufgrund der zunehmenden Nutzung von Wasserstoff als Energieträger müssen verlustreduzierte Transportsysteme entwickelt werden. Für den Langstreckentransport bietet sich flüssiger Wasserstoff (LH2) aufgrund seiner vergleichsweise hohen Energiedichte an. Aufbauend auf einer am Lehrstuhl entwickelten Turbopumpe für Flüssighelium soll eine Turbopumpe für das Umfüllen von LH2 entwickelt werden, welche Umfüllvorgänge beschleunigt und das Potential bietet, Transferverluste zu reduzieren.
Ziel der Arbeit ist es, eine mehrstufige Turbopumpe mit gegebenen Förderparametern auszulegen und zu konstruieren. Über die hydraulische Berechnung sind die Lauf- und Leitradgeometrien zu bestimmen. Besonderes Augenmerk soll auf einem modularen Aufbau der Pumpe, sowie einer Berechnung erwarteter Lagerkräfte und Wirkungsgrade liegen.
Im Einzelnen sind folgende Punkte zu erarbeiten:
- Einarbeitung in den Stand der Technik
- Hydraulische Auslegung der Strömungsgeometrie
- Bestimmung der hydraulischen Kräfte
- Konstruktion einer mehrstufigen Turbopumpe
- Erstellung eines Zeichnungssatzes
- Dokumentation der Auslegung und Konstruktion
Die Aufgabenstellung kann bei Bedarf im Laufe der Arbeit modifiziert werden.
Betreuer: Dipl.-Ing. H. Bischoff
Euer Ansprechpartner für den Themenbereich
© Foto Hahn
wiss. Mitarbeiter
NameHerr Dipl.-Ing. Henrik-Gerd Bischoff
- Kryotechnik -
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