Freiberger Kompetenz für industrielle Verfahren

Das Zentrum für Innovationskompetenz Virtuhcon ist auf der Zielgeraden. Seit 12 Jahren erforschen die Freiberger Hochtemperatur-Umwandlungsprozesse. Am Anfang war die Kohle im Fokus, inzwischen sind es Biomassen und Reststoffe.

3D-Drucker

3D-Druck auf Basis eines Elektronenstrahls: Mit dieser neuen Anlage zur additiven Fertigung bauen die Virtuhcon-Wissenschaftler ihre Expertise aus und initiieren Industrieprojekte.

TU Bergakademie Freiberg, Detlev Müller

Virtuhcon hat Zeichen gesetzt: ein Neubau mit Laboren und Büros wurde auf dem Campus des Instituts für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen der TU Bergakademie Freiberg errichtet, zu dem das Zentrum gehört. Moderne Versuchsanlagen für Untersuchungen vom Labormaßstab bis zum großtechnischen Prozess sind entstanden. Die Wissenschaftler nutzen die Reaktoren, um Hochtemperatur-Konversionsprozesse zu erforschen und zu optimieren. Bei diesen Prozesse werden zum Beispiel Biomassen und Reststoffe (Müll) in Ausgangsstoffe für die chemische Industrie umgewandelt, grüner Wasserstoff erzeugt oder auch wertvolle Metalle gewonnen. Die Virtuhcon-Wissenschaftler wollen diese Prozesse effizienter und energieschonender gestalten. Dafür kombinieren sie labortechnische Analysen zur Charakterisierung der Einsatzstoffe, modernste computergestützte Modelle und großtechnische Versuchsanlagen, mit denen sie die Verfahren nachweisen und Rechenmodelle überprüfen. Gefördert wird Virtuhcon als Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) vom Bundesforschungsministerium.

Kohlenstoff im Kreislauf

Biomassepartikel

Mithilfe mathematischer Modellierung haben die Wissenschaftler Temperatur (links) und Geschwindigkeit (rechts) von Biomasse-Partikeln im Reaktor berechnet.

ZIK Virtuhcon Freiberg

Die Versuchsanlagen, zu denen der Festbett-Vergaser „BGL“ gehört, haben die Wissenschaftler in den letzten Jahren immer weiter verbessert und den veränderten Anforderungen angepasst. Markus Reinmöller, der neue Leiter der Virtuhcon-Forschungsgruppe „Stoff- und Prozessanalyse“, macht deutlich, dass sich der Forschungsfokus der Freiberger weg von der Kohle, hin zu kohlenstoffhaltigen Biomassen und Reststoffen bewegt. Der Einsatz dieser Stoffe ist ein wesentlicher Baustein der Kohlenstoffkreislaufwirtschaft, bei der Kohlenstoff aus Reststoffen gewonnen und wiederverwendet wird, anstatt als CO2 in der Atmosphäre zu enden. Erste Versuche mit Reststoffen haben die Forschenden bereits unternommen und entsprechende Rechenmodelle entwickelt. Dieses Jahr sollen weitere Experimente folgen, diesmal mit einer Kombination aus Biomasse und Reststoffen.

Neue Expertisen

Auch den Wirbelschichtreaktor „COORVED“ haben die Freiberger weiterentwickelt und für neue Einsatzstoffe wie Klärschlamm umgebaut. Damit diese Experimente auch mit faseriger Biomasse und Reststoffen funktionieren, haben die Wissenschaftler ein neues Reaktordesign entworfen. Außerdem wollen sie in dem Wirbelschichtreaktor die Verweilzeit der Reststoffpartikel mit radiometrischen Messungen realisieren. Das ist für die Modellierung ein zentrales Überprüfungskriterium. Die Basis für die Technologieentwicklung ist die numerische Modellierung. Dafür setzt die Virtuhcon-Forschungsgruppe „Mehrphasenmodelle“ verschiedene Rechenmodelle ein, um nicht direkt messbare Stoff- und Prozessdaten aus den experimentell gewonnenen Daten zu extrahieren. Das Team um Massoud Massoudi Farid erforscht physikalische und thermochemische Zusammenhänge und erprobt neue technologische Konzepte virtuell, die in den Versuchsanlagen dann großtechnisch überprüft werden. So bringen die Freiberger ihre Forschungsergebnisse in die industrielle Anwendung.

Verstetigung mit Industrieprojekten

Eine neue Anlage zur additiven Fertigung ergänzt die Expertise der Virtuhcon-Wissenschaftler. Mit der Verbindung von modellgestützter Entwicklung, additiver Fertigung neuer Komponenten und großtechnischer Demonstration lassen sich industrielle Prozesse noch schneller entwickeln und optimieren. Es ist ein außergewöhnliches technologisches Knowhow, mit dem die Forschenden bereits erste Industrieprojekte initiiert haben. Weitere sollen folgen. Auf diese Weise will das Zentrum für Innovationskompetenz nach dem Ende der Förderung im nächsten Jahr auf eigenen Beinen stehen.

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