Bachelor-/ Masterarbeit: »Fluidische Charakterisierung von metallischen Komponenten für die H2-Produktion«

Am Fraunhofer IPT in Aachen arbeiten wir mit mehr als 530 Mitarbeitenden täglich daran, dass die Produktion der Zukunft digitaler, flexibler und nachhaltiger wird.

Grüner Wasserstoff als Energieträger bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von Industriesektoren zu koppeln und die Energiewende voranzutreiben. Die Erzeugung von grünem, CO2-neutralen Wasserstoff erfolgt durch den Einsatz von Elektrolyseuren. Insbesondere die „Proton Exchange Membrane“ (PEM) Elektrolyse zeichnet sich durch eine hohe Eignung für eine Kopplung der Anlagen mit erneuerbaren Energiequellen aus. Zum heutigen Zeitpunkt werden die Stacks der PEM-Elektrolyseure, das Herz dieser Systeme, jedoch nur in kleinen Stückzahlen und zu hohen Kosten produziert. Die derzeit am Markt verfügbaren Stacks und darin vor allem die metallischen Komponenten wie die poröse Transportschichten (PTL) und Bipolarplatten (BPP) zeichnen sich durch eine hohe Varianz hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Auslegung der Einzelkomponenten aus. Insbesondere Streckmetalle stellen eine kostengünstige Alternative für gesinterte PTL-Strukturen dar.

Wichtige Kriterien bei der Auswahl der Komponenten sind die homogene Durchströmung der Prozessmedien und der Druckverlust über die PTL-Fläche. Ziel der Arbeit ist es, ausgewählte Streckmetallgeometrien strömungstechnisch zu charakterisieren und zu bewerten.Zunächst sollen dazu die fluidischen Anforderungen (z.B. der erforderlicher Wasservolumenstrom, Druckhomogenität) an die PTL unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen quantifiziert und auf Basis der Anforderungen eine Kennzahl zur Bewertung unterschiedlicher Geometrien entwickelt werden. Anschließend soll ein Prüfstand zur Messung des Strömungsverhaltens und des Druckverlustes entwickelt und aufgebaut werden. Die Messung des Druckverlustes kann hierbei beispielsweise über Differenzdrucksensoren realisiert werden. Nachfolgend sollen mit Hilfe des aufgebauten Prüfstandes ausgewählte Streckmetallgeometrien untersucht und bewertet werden.

Was Du bei uns tust

• Einarbeitung in die Funktion und den Aufbau von PEM-Elektrolyseuren (kurz: PEMEL) und dessen Einzelkomponenten
• Recherche und Ableitung strömungstechnischer Anforderungen and die PTL
• Entwicklung einer strömungstechnischen Kennzahl zur Bewertung von PTL-Strukturen
• Entwicklung und Aufbau eines Prüfstandes zur fluidischen Charakterisierung unterschiedlicher PTL-Konzepte
• Vermessung, Analyse und Bewertung unterschiedlicher Streckmetallgeometrien

Was Du mitbringst

• Du studierst Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Chemie oder eine vergleichbare Fachrichtung
• Dein Schwerpunkt im Studium liegt auf der Produktionstechnik, Verfahrenstechnik und/oder der Energietechnik
• Idealerweise hast du bereits Erfahrung im Bereich der Brennstoffzellen- bzw. Elektrolyseurtechnologien sammeln können. Dies ist aber keine Notwendigkeit.
• Du bringst ein hohes Maß an Eigeninitiative sowie eine verantwortungsvolle und selbstständige Arbeitsweise mit und besitzt die Fähigkeit, dich kurzfristig in neue Zusammenhänge einzuarbeiten
• Du bist hoch motiviert und interessierst dich für technische und techno-ökonomische Zusammenhänge in den Themenfeldern der Wasserstoffwirtschaft
• Du hast sehr gute Sprachkenntnisse in Deutsch und Englisch
• Du hast gute MS-Office-Kenntnisse

Was Du erwarten kannst

• Wissenschaftliche Bearbeitung eines aktuellen und praxisrelevanten Themas
• Mitarbeit an aktuellen Forschungsvorhaben zu innovativen Produktionstechnologien im Bereich der Wasserstoffwirtschaft
• Schnelle Themenbearbeitung und eine professionelle Betreuung
• Flexible Arbeitszeiten
• Ein engagiertes Arbeitsumfeld
• Eine professionelle Betreuung und fachliche Unterstützung bei der Erstellung deiner Abschlussarbeit

Fragen zu dieser Abschlussarbeit beantwortet Dir gerne:

Martin Aretz M.Sc.
Wissenschaftlicher Mitarbeiter »Lasersystemtechnik und Faserverbundkunststoffe«
Telefon: +49 241 8904-552