Reaktive Fluide spielen eine zentrale Rolle in zahlreichen natürlichen und technischen Prozessen. Insbesondere bei hohen Temperaturen interagieren ultraschnelle chemische Reaktionen in komplexer Weise mit Strömungsprozessen. Ein detailliertes Verständnis dieser Phänomene ist entscheidend, um nachhaltige und effiziente Technologien zu entwickeln.

Am Lehrstuhl von Professor Schulz widmet sich ein interdisziplinäres Team von etwa 45 Mitarbeitenden der Erforschung und Kontrolle und Nutzung solcher Prozesse. Der Fokus liegt auf der Untersuchung von Verbrennungsvorgängen und der Synthese von Nanomaterialien in der Gasphase. Die Arbeitsgruppe Nanopartikel entwickelt maßgeschneiderte Materialien in Flammen, Plasmen und wandbeheizten Reaktoren, mit einem besonderen Schwerpunkt auf Anwendungen in der Energietechnik.

Die zugrundeliegenden Mechanismen der Nanopartikelsynthese sowie die Prozesse der Stoff- und Energieumwandlung werden mithilfe modernster laserbasierter Messtechniken untersucht. Diese erlauben eine berührungslose Messung von Konzentrationen, Temperaturen, Tropfen- und Partikelgrößen sowie Geschwindigkeiten. Die Arbeitsgruppe Angewandte Spektroskopie entwickelt neuartige spektroskopische Verfahren, die in der Arbeitsgruppe Bildgebung für optische Analysen optimiert und eingesetzt werden. Ergänzend untersucht die Abteilung Kinetik die Dynamik und Mechanismen von Verbrennung, Zündung und Partikelbildung. Hierfür kommen Stoßwellenapparaturen in Kombination mit optischen und massenspektrometrischen Methoden zum Einsatz, um ultraschnelle Prozesse bei hohen Temperaturen präzise zu analysieren.

Experimentelle Einrichtungen und wissenschaftliche Methoden

Das EMPI-RF (Institut für Energie- und Material-Prozesse – Reaktive Fluide) verfügt über umfangreiche experimentelle Einrichtungen, darunter Molekularstrahlmethoden zur Untersuchung der Elementarschritte der Nanopartikelbildung, Stoßwellenrohre zur Analyse ultraschneller Reaktionen und spektroskopische und abbildende Messtechniken mit höchster Orts- und Zeitauflösung. Das hiermit erzielte Grundlagenverständnis fließt direkt in die Entwicklung und Optimierung technischer Prozesse ein, beispielsweise in optisch zugänglichen Motorprüfständen oder Anlagen zur Nanopartikelerzeugung im Pilotmaßstab.

Grundlagenforschung und industrielle Anwendungen

Die Forschungsthemen verbinden öffentlich finanzierte Grundlagenforschung mit praxisorientierten Kooperationen, insbesondere in den Bereichen Materialsynthese, technische Verbrennung in Kolbenmotoren und Gasturbinen, Petrochemie und Entwicklung innovativer Messtechniken.

Studium und Lehre

Studierende profitieren von einem umfassenden Lehrprogramm, das reaktive Strömungen in der Verbrennungstechnik und Materialsynthese sowie die Kinetik gasphasiger Prozesse bei hohen Temperaturen umfasst. Zu den zentralen Lehrinhalten gehören:

• Reaktive Strömungen
• Verbrennungsmotoren
• Laseroptische Messtechniken
• Nanopartikel-Entstehungsvorgänge

Kooperation und interdisziplinäre Forschung

Das Team aus Ingenieuren, Chemikern und Physikern arbeitet eng mit anderen Arbeitsgruppen des EMPI (Institut für Energie- und Material-Prozesse) zusammen. Besonders intensive Kooperationen bestehen mit den Bereichen EMPI-Fluiddynamik zur Modellierung reaktiver Strömungsprozesse und EMPI-Partikeltechnik, um Nanomaterialien zu Funktionsschichten für energietechnische Anwendungen weiterzuverarbeiten.