Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Internationales Graduiertenkolleg: Wie Klimagase gespeichert werden und Brennstoffzellen mehr Leistung bringen

11.08.2006
Strömungsprozesse verschiedenartiger Flüssigkeiten (Mehrphasenströmungen) in porösen Medien treten in vielen umweltrelevanten und technischen Anwendungen auf, beispielsweise wenn Öl Grundwasser verunreinigt oder Wasser und Wasserdampf durch Brennstoffzellen strömen.

Sie sind das Thema eines neuen Internationalen Graduiertenkollegs unter Federführung des Lehrstuhls für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung (Prof. Rainer Helmig) am Institut für Wasserbau (IWS) der Universität Stuttgart. Unter dem Titel "Nichtlinearitäten und Upscaling in porösen Medien" wird sich das Graduiertenkolleg, dem neben Stuttgart die Universitäten Delft, Eindhoven und Utrecht angehören, mit Modellkonzepten und numerischen Verfahren zur Beschreibung von Mehrphasenprozessen in porösen Medien beschäftigen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft bewilligte für die neun deutschen Projekte zunächst 3,5 Millionen Euro für einen Zeitraum von 4,5 Jahren. "Die Modellbeschreibung und Simulation dieser hochkomplexen Prozesse gehören zu den größten derzeitigen Herausforderungen in den Ingenieur- und Naturwissenschaften", betont Helmig.

In porösen Medien können eine Vielzahl von räumlichen Skalen identifiziert werden, die auf die Entstehung des Mediums und die verschiedenen Grundsubstanzen (beispielsweise Sand oder Ton) zurückzuführen sind. Dabei entstehen Gebiete unterschiedlicher Eigenschaften, die großen Einfluss haben. Da für die genaue Beschreibung der Heterogenitäten die derzeitige Rechnerleistung nicht immer ausreicht, beschäftigen sich die Stuttgarter Wissenschaftler unter anderem mit Mittelungsansätzen (upscaling). Diese liefern effektive Parameter, mit deren Hilfe die Systemantwort auf einer größeren Skala berechnet werden kann, ohne die kleinskaligen Strukturen auflösen zu müssen. So können beispielsweise bestimmte Strukturen mit geostatistischen Ansätzen beschrieben werden. Für die damit getroffenen Annahmen kann dann eine Mittelwertbeschreibung für bestimmte Prozesse entwickelt werden. Allerdings können nicht alle natürlich vorkommenden Strukturen so quantifiziert werden. Deshalb steht in einem Teil des Kollegs die Entwicklung von effizienten numerischen Verfahren im Vordergrund, mit denen dann hochkomplexe Strömungsprozesse in stark heterogenen Medien simuliert werden können.

Grundlagenforschung und vielfältige Anwendungsfelder

Ziel des Graduiertenkollegs ist es, Modelle für Strömungs- und Transportprozesse zu entwickeln, die nicht auf bestimmte Anwendungen beschränkt sind. Um die Fragestellungen sinnvoll bearbeiten zu können, kooperieren in dem interdisziplinär angelegten Forschungsprojekt Wissenschaftler aus dem Umwelt- und Bauingenieurwesen, der Physik, Informatik, chemischen Verfahrenstechnik und der angewandten Mathematik. Grundlagenforschung soll dabei mit angewandter Forschung kombiniert werden. Mögliche Felder sind die Speicherung von Klimagasen wie Kohlendioxid im Untergrund oder die Vorhersage von Hangrutschungen. Auch Anwendungen in der Papierherstellung oder in der Biomechanik sind denkbar.

Beispielhaft kann man die Optimierung von Brennstoffzellen aufführen. Hierbei sollen die Strömungsprozesse in einer solchen Zelle simuliert und experimentell untersucht werden. Ein großes Problem der heutigen PEM Brennstoffzellen (Polymer Electrolyte Membrane) ist das Beherrschen der Wasser(dampf)strömungen. So muss in solchen Zellen eine Membran befeuchtet werden, um eine ausreichende Ionenleitfähigkeit sicherzustellen. Andererseits behindert zu viel Wasser den Sauerstofftransport zum Katalysator und muss deshalb entfernt werden. Im Rahmen des Forschungsprojektes soll die Strömung von Wasserdampf und Wasser in der Brennstoffzelle mit einem Ansatz simuliert werden, der die wasseranziehenden und wasserabstoßenden Eigenschaften der Brennstoffzelle berücksichtigt. Die Wissenschaftler wollen verstehen, welche Prozesse die Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellen limitieren. Ziel ist es, das Design und den Betrieb von Brennstoffzellen weiter zu verbessern.

Zu dem Graduiertenkolleg gehört ein Lehrprogramm, das die spezifischen Fragestellungen der jungen Wissenschaftler abdeckt. Zur Diskussion der Forschungsergebnisse sollen regelmäßige Graduiertenseminare stattfinden, an denen per Videokonferenz auch die niederländischen Partner teilnehmen. Zudem wird es ein Austauschprogramm geben, das es Doktorandinnen und Doktoranden erlaubt, neun Monate im Partnerland zu verbringen. "Das Graduiertenkolleg bietet ein einmaliges Umfeld für Doktoranden, da von Anfang an eine Einbindung in eine interdisziplinäre und internationale Gruppe gegeben ist", meint Dr. Insa Neuweiler, Leiterin einer Jungforschergruppe am IWS.

Weitere Informationen bei Prof. Rainer Helmig, Institut für Wasserbau, Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung, Tel. 0711/685-64741, e-mail Rainer.Helmig@iws.uni-stuttgart.de oder bei Sabine Manthey, Tel. 0711/685-60076, e-mail sabine.manthey@iws.uni-stuttgart.de

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://www.iws.uni-stuttgart.de

Weitere Berichte zu: Brennstoffzelle Membran Strömungsprozess Wasserbau

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Bildung Wissenschaft:

nachricht MINT Nachwuchsbarometer 2017: Digitale Bildung in Deutschland braucht ein Update
22.06.2017 | acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften

nachricht Die Verbindung macht’s
24.03.2017 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Bildung Wissenschaft >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften