Kohlenstoffneutrale Energiewandlungssysteme (CEC)

Die Arbeitsgruppe der Kohlenstoffneutralen Energiewandlungssysteme (Carbon-neutral Energy Conversion Systems – CEC) ist aus der Integration der Kompetenzen und Infrastruktur des ehemaligen Lehrstuhls für Verbrennungsmotoren in den Lehrstuhl für Carbon Sources and Conversion aufgebaut worden. Hier liegt der Forschungsschwerpunkt auf erneuerbaren und alternativen Kraftstoffen, dessen Potenziale und dem optimalen, emissionsarmen und sicheren Betrieb in Energiewandlungssystemen.

Leistungsspektrum

Untersuchung von Thermodynamik, Brennverfahren, Zünd- und Entflammungsprozessen mit unterschiedlichen herkömmlichen und alternativen Kraftstoffen (CNG, H₂, NH₃, LPG, Benzin) und Gemischen daraus
Funktionsentwicklung, Inbetriebnahme und Optimierung der Betriebsstrategien einzelner Komponenten (Aufladesystem, Injektoren, Zündsystem) und im motorischen Betrieb
Bestimmung von Strömungskoeffizienten und Optimierungspotenzialen einzelner Bauteile oder Bauteilgruppen
3D- und 1D-CFD Simulationen: Abbildung thermodynamischer, mechanischer und gesamtübergreifender motorischer Prozesse mittels am Motorenprüfstand validierter Simulationsmodelle

Prüfstandsinfrastruktur

Dem Lehrstuhl für Carbon Sources and Conversion stehen in der sogenannten Sonderversuchshalle (SVH) der Ruhr-Universität Bochum zwei Vollmotorenprüfstände, ein Kaltgas Prüfstand (Fließbank) und zusätzlich Platz für zwei weitere Prüfstandsaufbauten zur Verfügung. Weiterführend wird im Laborgebäude IDN ein Kaltgas Injektor-Prüfstand betrieben.

Kompetenzen

Systemintegration und Komponentenentwicklung

Ein wesentlicher Schwerpunkt unserer Kompetenzen ist die Systemintegration und Komponentenentwicklung. Dies beinhaltet insbesondere die Einbettung von Einzelkomponenten sowie deren Steuerung in hochdynamische Energiewandlungssysteme. Dabei legen wir besonderen Wert auf die Anpassung und Validierung bereits bestehender Komponenten hinsichtlich zukünftiger Energieträger, beispielsweise Wasserstoff oder E-Fuels. Die Integration elektrifizierter Komponenten in bestehende Energiewandlungssysteme bildet dabei eine zusätzliche Kernkompetenz. Unsere Entwicklungskompetenz erstreckt sich über den gesamten Prozess von der Konzeption bis hin zur fertigen Anwendung und umfasst insbesondere Aufladungssysteme, Injektoren sowie Zündsysteme. Dafür stehen spezielle Komponentenprüfstände zur Verfügung, die eine losgelöste Untersuchung und gezielte Weiterentwicklung ermöglichen. Ergänzt wird unsere Arbeit durch eine modellbasierte Funktionsentwicklung sowie durch die kontinuierliche Entwicklung spezifischer Steuerungs- und Regelungskonzepte für alternative Energieträger.

Prozessentwicklung und Steuerungstechnik

Ein weiterer zentraler Kompetenzbereich unserer Arbeitsgruppe umfasst die Prozessentwicklung und Steuerungstechnik. Ziel ist es, Energiewandlungsprozesse ganzheitlich hinsichtlich Wirkungsgrad, Verbrauch und Emissionen zu optimieren. Dabei widmen wir uns der Brennverfahrensentwicklung mithilfe von hochgenauer und modernster Vollindizierung und optischer Betrachtung der Verbrennung. Weiterführend berücksichtigen wir explizit dynamische Betriebsbedingungen sowie wechselnde Lastprofile. Unsere Kompetenzen beinhalten die Entwicklung und Implementierung fortgeschrittener modellbasierter Steuerungsalgorithmen zur optimalen Nutzung der Einzelkomponenten und regenerativer Energien in Energiewandlungssystemen. Mittels modellbasierter Funktionsentwicklung werden umfassende Ansteuerfunktionen aller relevanten Komponenten entwickelt und systemisch integriert. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Durchführung von 3D-CFD Simulationen, mit denen thermodynamische, mechanische und gesamtübergreifende Energiewandlungsprozesse detailliert analysiert und optimiert werden. Hierbei stehen insbesondere die numerische Untersuchung und Optimierung der Gemischbildung sowie die präzise Abbildung komplexer Vorgänge wie Ladungsbewegungen und Flammenausbreitung im Vordergrund.