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Studien-/ Abschlussarbeit

Solar unterstützte Hochtemperaturelektrolyse

Beginn

1. Mai 2021

Dauer

6 Monate

Vergütung

bis Entgeltgruppe 5 TVöD

Beschäftigungsgrad

Vollzeit

Wir schreiben eine spannende Arbeit im Umfeld der Wasserstofferzeugung mittels erneuerbarer Energiequellen aus. Die Bedeutung von Wasserstoff als Energieträger oder Zwischenprodukt zur Herstellung anderer Energieträger oder chemischer Grundstoffe wie Methanol nimmt kontinuierlich zu. Sowohl die Bundesregierung als auch die EU verfolgen eine Wasserstoff-Agenda. Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse erfolgt dabei vorwiegend in Niedertemperatur-Elektrolyseuren. Für „grünen“ Wasserstoff müssen dabei erneuerbare Energiequellen, wie beispielsweise PV-Strom, genutzt werden.

Eine Alternative zur Niedertemperaturelektrolyse ist die Hochtemperaturelektrolyse, bei der die Elektrolyse-Zelle bei Temperaturen von ca. 800 °C arbeitet. Diese Prozesse bieten die Möglichkeit, einen Teil der normalerweise über elektrischen Strom zugeführten Leistung in Form thermischer Leistung einzukoppeln. Konzentrierende solar-thermische Systeme sind in der Lage, zusätzlich zum erzeugten Strom auch Wärme bei Temperaturen bis zu 800 °C bereitzustellen. Die Bereitstellung von Wärme ist dabei deutlich günstiger als die von Strom, da die Umwandlungsverluste für die Erzeugung von Strom nicht anfallen. Durch die einfach zu integrierenden thermischen Energiespeicher können solarthermische Anlagen Strom und Wärme bedarfsgerecht bereitstellen und somit die Betriebsstundenanzahl des Elektrolyseurs im Vergleich zu PV-betriebenen Systemen erhöhen.

Im Rahmen der Abschlussarbeit soll das Potenzial der Kombination aus Hochtemperaturelektrolyse und solarthermischer Anlage untersucht werden. Hierzu sind die folgenden Arbeitsschritte geplant:

1.    Sie erarbeiten ein vereinfachtes energetisches Modell für einen Hochtemperatur-Elektrolyseur, welches für die Untersuchung verschiedener Wärme-Einkopplungsoptionen genutzt werden kann.

2.    Neben der energetischen Bewertung stellen Sie relevante technische Randbedingungen für eine mögliche Wärmeeinkopplung auf unterschiedlichen Temperaturniveaus zusammen.

3.    Anhand obiger Informationen entwickeln Sie Einkopplungskonzepte und führen eine erste Vorauswahl erfolgversprechender Varianten durch.

4.    Für die ausgewählten Konzepte aus Elektrolyse-Einheit und solarthermischer Anlage erstellen Sie Simulationsmodelle in EBSILONprofessional, mit denen Energiebilanzen in unterschiedlichen Betriebspunkten analysiert werden können.

5.    Anhand von Jahresrechnungen ermitteln Sie die erwarteten Erträge und Aufwände und führen eine wirtschaftliche Bewertung durch.

6.    Die Ergebnisse vergleichen Sie mit Literaturangaben zu Wasserstofferzeugungskosten mittels Niedertemperaturprozessen.

Die Betreuung der Arbeit erfolgt durch das DLR-Institut für Solarforschung mit Unterstützung der Abteilung Elektrochemische Energietechnik des Instituts für Technische Thermodynamik. Das Institut für Technische Thermodynamik stellt Informationen über den Hochtemperatur-Elektrolyse-Prozess zur Verfügung. Das Institut für Solarforschung entsprechendes Wissen zu Solarsystemen und der Gesamtsystemmodellierung und Bewertung.

Ihre Qualifikation:

  • Sie studieren Energietechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik oder ein verwandtes Fach.
  • Sie möchten durch Ihre Arbeit zur intensiveren Nutzung erneuerbarer Energien beitragen.
  • Disziplinen wie Thermodynamik, Wärmeübertragung, Energietechnik finden Sie spannend.
  • Sie denken gerne analytisch und haben erste Erfahrungen in der Modellierung technischer Systeme gesammelt.
  • Sie haben Freude daran, Ihre Ergebnisse anschaulich aufzubereiten und vorzutragen.
  • Dass Literatur in unserem Umfeld häufig in englischer Sprache ausfällt, sollte Sie nicht abschrecken.

Ihr Start:

Freuen Sie sich auf einen Arbeitgeber, der Ihr Engagement zu schätzen weiß und Ihre Entwicklung durch vielfältige Qualifizierungs- und Weiterbildungsmöglichkeiten fördert. Unser einzigartiges Arbeitsumfeld bietet Ihnen Gestaltungsfreiräume und eine unvergleichbare Infrastruktur, in der Sie Ihre Mission verwirklichen können. Vereinbarkeit von Privatleben, Familie und Beruf sowie Chancengleichheit von Personen aller Geschlechter (w/m/d) sind wichtiger Bestandteil unserer Personalpolitik. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen bevorzugen wir bei fachlicher Eignung.

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Fachliche/r Ansprechpartner/in

Dr.-Ing. Tobias Hirsch
Institut für Solarforschung

Tel.: +49 711 6862-428

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Dr. Martina Neises-von Puttkamer
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Tel.: +49 2203 601-3854

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