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Gas- und Wärmeinstitut in Essen

Gas- und Wärme-Institut in Essen

DVGW-Studienpreis 2017 Gas geht an eine Master-Arbeit des GWI

Am 29.11.2017 wurde auf der gat/wat in Köln der DVGW-Studienpreis 2017 für studentische Abschlussarbeiten aus dem Gas- und Wasserfach verliehen. Eine der ausgezeichneten Arbeiten entstand am Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI) in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Strömungsmechanik (Prof. Dr.-Ing. B. Rogg) der Ruhr-Universität Bochum.

Herr Oliver Stope untersuchte eine zentrale Fragestellung in der aktuellen Diskussion über „power-to-gas“: Kann der entstandene Wasserstoff direkt in das Gasnetz eingespeist werden oder wird eine Methanisierung aus Rücksicht auf empfindliche Endverbraucher erforderlich sein? Was sind die Auswirkungen erhöhter Wasserstoff-Konzentrationen im Erdgas z. B. auf die Verbrennungsvorgänge in industriellen Fertigungsprozessen in der Thermoprozesstechnik?

Mit Hilfe der numerischen Strömungssimulation (CFD: Computational Fluid Dynamics) konnte er eindrucksvoll veranschaulichen, wie sich höhere Wasserstoffgehalte im Erdgas auf Flammenform, Wärmeübertragung, Prozesseffizienz und Schadstoffemissionen bei einem industriellen Feuerungsprozess auswirken können. Dabei untersuchte er verschiedene Szenarien mit unterschiedlichen regelungstechnischen Strategien. Herr Stope konnte zeigen, dass sich durch fortschrittliche Mess- und Regelungstechnik die Auswirkungen selbst großer Mengen Wasserstoff (es wurden H2-Konzentrationen von bis zu 50 Vol.-% untersucht) auf den Verbrennungsprozess weitgehend beherrschen lassen, wenn die jeweilige Brenngaszusammensetzung bzw. -beschaffenheit bekannt ist und wesentliche Prozessparameter entsprechend angepasst werden.  

Die im September 2016 abgeschlossene Master-Arbeit entstand in der F&E-Abteilung Industrie- und Feuerungstechnik des GWI in Kooperation mit der Ruhr-Universität Bochum im Rahmen des AiF-geförderten Forschungsvorhabens „H2-Substitution IGF-Nr. 18518 N/1, das einen wichtigen Beitrag zur aktuellen nationalen und internationalen Diskussion über die „power-to-gas“-Technologie leistet. Gerade industrielle Endverbraucher stehen diesem Thema kritisch gegenüber, da Auswirkungen auf die Produktqualität, die Schadstoffemissionen und die Effizienz befürchtet werden.

Neben den aussagekräftigen Ergebnissen und Analysen zu den Auswirkungen von Wasserstoff im Erdgas auf industrielle Endverbraucher demonstriert Herr Stopes Arbeit aber auch die Möglichkeiten moderner Simulationsverfahren, um hochkomplexe technische Systeme quasi „virtuell“ zu untersuchen. Das GWI wendet bereits seit langem erfolgreich CFD-Verfahren an, um anwendungsnah technische Feuerungsprozesse zu untersuchen und zu optimieren.