Abschlussarbeiten

Gruppen-, Bachelor- und Master-Arbeiten


Wir bieten am ICVT laufend interessante Themen für Abschlussarbeiten an. Die Themen sind in unseren aktuellen Forschungsprojekten angesiedelt, und können theoretischer, experimenteller, konstruktiver oder projektierender Art sein. Wenn Sie sich für ein bestimmtes Forschungsprojekt interessieren, kontaktieren sie den Ansprechpartner einfach persönlich. Bitte wenden Sie sich frühzeitig an uns, um über konkrete Themen zu sprechen, und die Aufgabenstellung zu umreißen. Darüber hinaus bieten wir häufig Themen an (siehe unten), die sich nach unserem aktuellen Bedarf richten.

Im Allgemeinen gliedert sich eine Abschlussarbeit in folgende Teilaspekte:

     • Literaturrecherche zum Stand der Technik
     • Erarbeitung der theoretischen oder experimentellen Ergebnisse
     • Interpretation der Ergebnisse
     • schriftliche Zusammenfassung in Form einer Abschlussarbeit

Der zeitliche Umfang der Arbeiten richtet sich nach folgenden Vorgaben:

     • Gruppenarbeit:
     • Gruppenarbeit:
     • Bachelorarbeit:
     • Masterarbeit:
     • Masterarbeit:
3 Monate, 10 ECTS-Punkte (AFB 2009)
2 Monate, 06 ECTS-Punkte (AFB 2015)
3 Monate, 12 ECTS-Punkte
5 Monate, 20 ECTS-Punkte (AFB 2009)
6 Monate, 24 ECTS-Punkte (AFB 2015)

Im Interesse der Studierenden und des ICVT wird auf die Einhaltung der oben genannten Zeiträume geachtet.

Informationen über die Durchführung von Abschlussarbeiten am ICVT finden Sie hier:

Richtlinien für die Anfertigung von Abschlussarbeiten

Die Präsentation der Abschlussarbeiten erfolgt im Rahmen des Institutsseminars.



Experimentelle Bestimmung von Stofftransportkoeffizienten im System Buten-Wasser-Butanol

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:ICVT
Anmerkungen:Da es sich um ein Industrieprojekt handelt besteht Geheimhaltungspflicht
Ansprechpartner:Frank Schwering, M. Sc.
Stand:Juni 2017

2-Butanol (SBA) wird in der Industrie unter anderem durch die Hydratisierung von Buten an einem festen sauren Ionentauscher hergestellt. Durch heterogen-katalysierte Reaktivextraktion an einem strukturierten Katalysator soll der Prozess verbessert werden. Hierbei finden Reaktion und Abtrennung des Produkts (durch Extraktion) simultan im gleichen Reaktor statt. Zur modellhaften Beschreibung von Stofftransportvorgängen in mehrphasigen Systemen hat sich das Filmmodell in der Praxis bewährt

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen Stofftransport-koeffizienten experimentell bestimmt werden, um das neue Verfahren mathematisch besser beschreiben zu können. Hierzu muss eine vorhandene Versuchsanlage umgebaut und ein für ein anderes Stoffsystem ent-wickeltes Verfahren zur Bestimmung der Stofftransport-koeffizienten auf das neue System angepasst werden. Weiterhin soll dieses Verfahren gegebenenfalls erweitert und verbessert werden.

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Filmmodell für die heterogenkatalysierte Reaktivextraktion



Beurteilung des Verblockungsverhaltens von Festbetten bei der heterogen katalysierten Hydrierung von wässriger Zuckerlösung

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:ab sofort
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:ICVT, Clausthal
Ansprechpartner:Carina Kirstein, M.Sc.
Stand:September 2017

Die Hydrierung wässriger Zucker-Lösungen ist ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Polyolen, die heutzutage überwiegend auf Basis fossiler Rohstoffe hergestellt werden. Für die Entwicklung und Auslegung eines industriellen Produktionsverfahrens ist die Bestimmung der Reaktionskinetik von grundlegender Bedeutung.

Ziel der Arbeit ist es, das Verblockungsverhalten des Festbettes über Durckverlustmessungen zu bestimmen.
Im Folgenden ist in experimentellen Untersuchungen zu zeigen, inwieweit sich der Druckverlust erhöht, wenn die gepackte Schüttung mit einer Feststoffsuspension durchströmt wird. Dabei sollen sowohl die Feststoffkonzentration als auch der Volumenstrom variiert werden. Weiterhin soll die Abnahme des Feststoffanteiles durch die Komponenten der Zuckerhydrierung berücksichtigt werden. Die Ergebnisse sind qualitativ und quantitativ zu bewerten.

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Druckverlustmessung über ein Festbett
(Hamidipour et al., Ind. Eng. Chem. Res. 46 (2007) 8336-8342)



Aufbau eines Teststands zur Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Katalysatorschüttungen unter Reaktionsbedingungen

Art der Arbeit:Bachelorarbeit
(Masterarbeit)
Beginn der Arbeit:ab sofort
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:ICVT
Ansprechpartner:Mauritio Müller
Stand:September 2017

Maleinsäureanhydrid (MSA) wird durch selektive katalytische Oxidation von Butan an Vanadium-Phosphor-Oxid-Katalysatoren hergestellt. Durch die freigesetzte Reaktionswärme kommt es im industriellen Prozess zur Ausbildung ausgeprägter Hotspots und damit verbundenen Gefahren hinsichtlich Stabilität und Sicherheit des Prozesses. Anstelle der heute üblichen Vollkatalysatoren wird daher an der Entwicklung neuer Trägermaterialien zur Beschichtung mit Katalysator-material gearbeitet. Insbesondere von metallischen Schäumen wird ein großes Potential erwartet.

Ziel der Arbeit ist es, einen Teststand zur Untersuchung der Wärmeleitfähigkeit von Katalysatorschüttungen bei den in der MSA-Synthese herrschenden Bedingungen aufzubauen und in Betrieb zu nehmen. Anschließend soll die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Katalysatorträger untersucht und miteinander verglichen werden.

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Einfluss von Messrohren in Festbettreaktoren: Experimente und CFD-Simulationen

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Rücksprache mit Clariant
Arbeitsweise:experimentell
theoretisch
Arbeitsort:Modellierung in CLZ
Experimente bei Clariant in Heufeld, Oberbayern
Ansprechpartner:Prof. Dr.-Ing Gregor D. Wehinger
Stand:Oktober 2017

Rohrbündelreaktoren werden kommerziell häufig für stark exotherme, heterogen katalysierte Gasphasenreaktionen eingesetzt. Der Temperaturverlauf in einigen der Rohre wird i.d.R. mithilfe von zentrisch im Rohr positionierten "Multipoint"-Thermoelementen gemessen. Die Schüttung in diesen sogenannten Thermorohren ist nun jedoch anders als in den Normalrohren, denn die Pellets ordnen sich zwischen Innen- und Außenrohr an.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll der Einfluss der Messrohre in Festbettreaktoren quantifiziert werden. Dazu werden Experimente bei Clariant in Heufeld (Oberbayern) durchgeführt, um Druckverlust, Bett-morphologie und Wärmetransport zu bestimmen. Der Aufenthalt bei Clariant beträgt drei Monate. Es besteht die Möglichkeit, die Arbeit als Praktikum (3 Monate) vorweg zu beginnen. Pellet-aufgelöste CFD-Simulationen können mit diesen Experimenten validiert und der Einfluss der Messrohre quantifiziert werden. Der theoretische Teil wird an der TU Clausthal erarbeitet.

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Synthetisch generiertes Festbett aus 41 Zylindern. (A) ohne, (B) mit Messrohr in der Mitte



Design und Bau eines Füllkörper-Teststands

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:ab sofort
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:ICVT
Ansprechpartner:Prof. Dr.-Ing Gregor D. Wehinger
Stand:Juni 2017

Festbettreaktoren sind einer der am häufigsten ein-gesetzten Reaktortypen in der chemischen Industrie. Obwohl der Aufbau simpel erscheint, treten vielfältige physikalische und chemische Phänomene gleichzeitig auf. Die verwendeten Füllkörper haben einen großen Einfluss auf die Reaktorperformance.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll ein Teststand für Füllkörper ausgearbeitet werden. Damit sollen Größen wie Druckverlust, Verweilzeitverhalten und auch Wärme-transport, bzw. lokale Temperaturen, bestimmbar sein. Unterschiedliche Füllkörper kommen dabei zum Einsatz, wobei die Herstellung auch mit einem 3D-Drucker denkbar ist. Diese Untersuchungen stellen die Basis für die Validierung von detaillierten CFD-Simulationen dar.

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Temperatur-Messtechniken in Festbetten
(Thomeo et al., Ind. Eng. Chem. Res. 43 (2004) 4140-4148)



Instationäre CFD-Simulationen von katalystischen Festbettreaktoren

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:ab sofort
Arbeitsweise:theoretisch
Arbeitsort:ICVT, Clausthal
Ansprechpartner:Prof. Dr.-Ing. Gregor D. Wehinger
Stand:Mai 2017

Festbettreaktoren sind einer der am häufigsten ein- gesetzten Reaktortypen in der chemischen Industrie. Obwohl der Aufbau simpel erscheint, treten vielfältige physikalische und chemische Phänomene gleichzeitig auf. Die detailierte Beschreibung dieser Vorgänge ist somit äußerst komplex. Mit Hilfe von detaillierten CFD- Simulationen können jedoch einige dieser Phänomene besser beschrieben werden, als mit herkömmlichen 1D oder pseudo-homogenen 2D-Modellen.

Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen katalytische Festbettreaktoren im instationären Betrieb mit Hilfe von CFD simuliert werden. Dabei wird, wie rechts zu sehen, jeder einzelne Pellet örtlich erfasst. Transportvorgänge im Partikel sollen ebenfalls mit berücksichtigt werden. Auf den Einfluss der Pellet-Form soll im Speziellen ein- gegangen werden.

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Stromlinien und Oberflächentemperatur in einem Festbett aus Multi-Hole-
Zylinderpellets simuliert mit CFD.



Untersuchung der Methanisierung in einem mikrostrukturierten Festbettreaktor

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:ICVT, Clausthal
Ansprechpartner:Bjarne Kreitz, M. Sc.
Stand:Mai 2017

Das Power-to-Gas Verfahren ist ein vielversprechendes Konzept zur langfristigen Speicherung großer Energiemengen. Hierbei wird Strom aus erneuerbaren Energien zunächst zur Herstellung von H2 genutzt, welcher mit Synthesegas zu Methan umgesetzt wird. Durch die starke Exothermie der Reaktion kommt es zur Ausbildung starker Temperaturgradienten, was zu Verlusten in der Ausbeute und einer starken Belastung des Katalysators führt. Zur Durchführung stark exothermer Reaktionen hat sich die Mikroreaktionstechnik etabliert. Durch die geringen Abmessungen kann der Wärme- und Stoffaustausch deutlich gesteigert werden.

Ziel dieser Arbeit ist die Inbetriebnahme einer neuaufgebauten Anlage zur Durchführung von Synthesegas-Reaktionen. Mit Nickel-Katalysatoren soll anschließend die Methanisierung in einem mikro- strukturierten Reaktor untersucht werden. Dies beinhaltet unter anderem die Aufnahme von Temperaturprofilen.

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Herstellung und Untersuchung von Katalysatoren für die Methanisierung von Synthesegas

Art der Arbeit:Bachelorarbeit
(Masterarbeit)
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:ICVT, Clausthal
Ansprechpartner:Bjarne Kreitz, M. Sc.
Stand:Mai 2017

Das Power-to-Gas Verfahren ist ein vielversprechendes Konzept zur langfristigen Speicherung großer Energiemengen. Hierbei wird Strom aus erneuerbaren Energien zunächst zur Herstellung von H2 genutzt, welcher mit Synthesegas zu Methan umgesetzt wird. Die Methanisierungsreaktion ist bei hohen Temperaturen durch das thermodynamische Gleichgewicht limitiert, was den Einsatz von Katalysatoren mit hohen Reaktionsgeschwindigkeiten bei niedrigen Temperaturen erfordert.

Auf Basis einer Literaturrecherche sollen die Katalysator-Systeme für die Methanisierung identifiziert und bewertet werden. Anschließend sollen geeignete Katalysatoren hergestellt und auf ihre katalytische Aktivität untersucht werden.

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Forschungsbereich Elektrochemische Verfahrenstechnik


Elektrochemische Umsetzung von Natriumsulfat

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell,
theoretisch
Arbeitsort:ICVT, Industrie
Ansprechpartner:Prof. Dr.-Ing Thomas Turek
Stand:Juni 2017

Lösungen von Natriumsulfat (Na2SO4) fallen bei ver- schiedenen chemischen Prozessen an und werden häufig nicht genutzt, sondern entsorgt. Eine Möglichkeit stellt die elektrochmische Salzspaltung dar, bei der aus Na2SO4 wieder H2SO4 und NaOH gebildet wird. Der Energiebedarf dieses Prozesses kann signifikant reduziert werden, wenn der an der Anode entstehende Sauerstoff einer dafür geeigneten Kathode zugeführt wird, an der er zu OH--Ionen reduziert wird (Sauerstoffverzehrkathode, SVK)

In der Masterarbeit sollen zunächst die verschiedenen möglichen Konzepte für eine elektrochemische Zelle zur Salzspaltung mit SVK vergleichend betrachtet werden. Anschließend soll ein Versuchsaufbau für eine Laborzelle entworfen werden. Erste Messungen zur Ermittlung von Leistungsdaten mit einer kommerziellen SVK sollen beim Industriepartner Covestro in Leverkusen durchgeführt werden.

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Prinzipieller Aufbau einer elektrochemischen Zelle zur Salzspaltung
(Jüttner et. al., Electrochim. Acta 45 (2000) 2576-2594)



Modellierung und experimentelle Parameterermittlung des Stofftransportes gasentwickelnder Elektroden

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:theoretisch,
experimentell
Arbeitsort:ICVT, Clausthal
Ansprechpartner: Philipp Haug, M.Sc.
Stand:August 2016

Power-to-Gas bezeichnet ein Konzept, bei dem überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energiequellen dazu genutzt wird, mittels Wasserelektrolyse Wasserstoff zu produzieren.
Aufgrund der intermittierend zur Verfügung stehenden Wind- oder Solarenergie, ist ein genaues Verständnis des Elektrolyse-Prozesses erforderlich.

In dieser Arbeit ist ein bereits existierendes Modell durch eine detaillierte Beschreibung des Stofftransportes zu erweitern. Dies umfasst beispielsweise die Berechnung und Messung von Gasphasenanteilen des Elektrolyten oder die Ermittlung des Stoffübergangs durch den Separator.

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Entwicklung von neuartigen Elektrodenbeschichtungen für die Sauerstoffentwicklung in der alkalische Wasserelektrolyse


Art der Arbeit:Bachelorarbeit
Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:nach Absprache
Ansprechpartner:Matthias Koj, M.Sc.
Stand:Oktober 2016

In dieser Arbeit sollen neuartige poröse Elektroden-beschichtungen für die Sauerstoffentwicklung in der alkalischen Wasserelektrolyse entwickelt werden. Im Fokus der Entwicklung der Elektroden stehen insbesondere die Langzeitstabilität und die Performance der Materialien unter alternierenden Stromlasten.

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Weiterentwicklung einer Zink-Luft-Durchflussbatterie

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:EFZN, Goslar
Ansprechpartner:Prof. Dr.-Ing. Thomas Turek
Stand:Dezember 2016

Durchflussbatterien (FB) sind moderne Batterien, die aus Zellen, welche die Leistung bestimmen und Vorratstanks für Ionenlösungen, deren Volumen den Energieinhalt festlegt, bestehen. Eine besondere Form der FB stellt die im Durchfluss betriebene Zink-Luft-Batterie dar, bei der Zink periodisch auf einem geeigneten Träger abge- schieden und in einem alkalischen Elektrolyten aufgelöst wird, wodurch eine wieder aufladbare Batterie entsteht.
Auf Basis erfolgreicher Vorarbeiten am ICVT sollen Messungen an einer Zink-Luft-Batterie mit bifunktionaler Sauerstoffelektrode durchgeführt werden.

Publikation des ICVT:

dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2016.05.013


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Prinzipieller Aufbau einer Metall-Luft-FB

Nature Reviews,
dx.doi.org/10.1038/natrevmats.2016.80



Ermittlung des Ledungszustands mittels UV/Vis-Spektroskopie in einer Vanadium Redox-Flow Batterie

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:ab sofort
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:EFZN, Goslar
Ansprechpartner:Katharina Schafner, M. Sc.
Stand:September 2017

Die Vanadium Redox-Flow Batterie dient der elektro-chemischen Speicherung von Strom, vor allem für großtechnische Anlagen wie Solar- und Windparks. Der Grund hierfür ist die Eigenschaft der Batterie, Leistung und Kapazität unabhängig voneinander skalieren zu können. Um in einer industriellen Anlage den Betrieb zeitnah zu überprüfen und zu kontrollieren, ist eine Online-Überwachung des Elektrolytzustands unabdingbar. Dies ist derzeit jedoch nur ungenügend möglich.

In dieser Arbeit soll die Möglichkeit der Bestimmung des Ladungszustands und der Vanadiumkonzentration mittels UV/Vis-Spektroskopie untersucht werden. Ziel der Arbeit ist es, ein Modell zu erstellen, mittels dessen das Elektrolytsystem eindeutig bestimmbar ist. Dazu sind verschiedenste Parameter für die Elektrolytlösungen zu ermitteln, welche in einem weiten Arbeitsbereich gültig sind und eine schnelle und präzise Analytik ermöglichen.

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Beispiele von UV/Vis-Spektren



Fallstudie: Nachnutzung eines ehemaligen NATO-Tanklagers als Megawatt-Energiespeicher

Art der Arbeit:Bachelorarbeit
Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:theoretisch
Arbeitsort:flexibel,
Betreuung am EFZN, Goslar
Ansprechpartner:Dr.-Ing. Christine Minke MBA
Stand:August 2017

Im Zuge der Energiewende sind Speicher für die fluktuierend und intermittierend anfallende elektrische Energie notwendig. Als Speichervolumen für chemische oder thermische Energieträger könnten vorhandene leerstehende Tanks dienen.

In der konkreten Fallstudie soll ein ehemaliges NATO-Tanklager auf seine Eignung hin untersucht werden, als elektrochemischer Energiespeicher im mehrstelligen Megawattbereich zu dienen. Basierend auf vorhandenen Berechnungen zur Auslegung einer entsprechenden Vanadium-Redox-Flow-Batterie soll untersucht werden, ob und wie eine Anbindung an das lokale Stromnetz technisch und wirtschaftlich sinnvoll ist. Dazu sind die Erzeugungs- und Lastsituation am spezifischen Standort zu ermitteln und die Einbindung des Energiespeichers in geeigneter Weise abzubilden. Die Studie wird mit einem technischen und wirtschaftlichen Vergleich alternativer Nutzungsmöglichkeiten (z.B. Thermischer Speicher, Wasserstoffspeicher) abgerundet.

Publikation des ICVT:

dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.06.066


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Bild: www.thyssenkrupp-uhde-chlorine-engineers.com/en/products/redox-flow-battery/



Elektrochemische Charakterisierung poröser Glasmembranen für den Einsatz in Vanadium Redox-Flow Batterien

Art der Arbeit:Masterarbeit
Beginn der Arbeit:nach Absprache
Arbeitsweise:experimentell
Arbeitsort:EFZN, Goslar
Ansprechpartner:Dipl.-Ing. Horst Mögelin
Stand:August 2017

Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) besitzen sehr gute Eigenschaften, um als Energiespeicher für regenerativ erzeugten Strom zu dienen. Eine Schlüsselrolle für die Effizienzsteigerung einer VRFB spielt die Membran, welche beide Elektrolyträume räumlich und elektrisch voneinander trennt.

Die Membran muss sich durch eine ausreichende mechanische und chemische Stabilität auszeichnen, eine sehr hohe Leitfähigkeit besitzen und darf die im Elektrolyten gelösten Vanadiumionen nicht permeieren lassen. Die Verwendung poröser Gläser eröffnet neue Möglichkeiten gezielt die Eigenschaften von Membranen einzustellen.

Ziel der Arbeit ist es, den Einfluss der Modifikation poröser Glasmembranen mit Ammonium-, Sulfonsäure- und Pyridiniumgruppen auf die Eignung poröser Glasmembranen als Separator in VRFBs mittels verschiedener Methoden zu charakterisieren.

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verwendete Testzelle [3D-Druck]


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