Teilprojekt GV1: Massenspektrometrische Untersuchung von Reaktionsmechanismen in Strömungsreaktoren

Das Ziel des Projekts ist es, experimentell die Reaktionsmechanismen der Umsetzung verschiedener, vorwiegend brennstoffreicher Gemische zu untersuchen, die bei der multifunktionalen Stoff- und Energiewandlung eingesetzt werden. Die Daten, die in Strömungsreaktoren bei Drücken oberhalb 1 bar ermittelt werden, werden zur Validierung  chemisch-kinetischer Reaktionsmechanismen genutzt. Die Untersuchungen umfassen die partielle Oxidation von Methan, Dimethylether, n-Heptan, Ethanol und deren Mischungen zu Nutzchemikalien. Hierzu wird nach erfolgter Brennstoffumsetzung im Strömungsreaktor die Zusammensetzung der Produktgase mit Hilfe von hochauflösender Massenspektrometrie und GC-MS-Analytik bestimmt und mit den Ergebnissen von Simulationen verglichen. Durch systematische und im Verlauf des Projekts gezielte, modellgetriebene Variation der Prozessbedingungen wird ein Druck-, Temperatur- und Stöchiometrie-Bereich erschlossen, in dem bisher nur wenige Datensätze vorhanden sind. Im Rahmen der Forschergruppe werden die Daten mit den Teilprojekten GV2, GM1 und GM3 ausgetauscht und dienen zur gemeinsamen Modellentwicklung und –validierung.

Die Messungen im Strömungsreaktor eignen sich darüber hinaus, die auf eine bestimmte Zielchemikalie optimierten Prozessbedingungen zu testen. Durch eine gestufte Reaktionsführung, z.B. Zugabe eines Additivs entlang der Reaktionsachse, werden außerdem weitere Optimierungsparameter leicht zugänglich. In Kooperation mit Teilprojekt GM3 werden so prädiktive, optimierte Modelle zur Reaktionsführung erstellt.

Im Sinne des Polygenerationansatzes ist eine Fragestellung der Forschergruppe, ob eine Exergiespeicherung im Produktgas einer Kolbenmaschine möglich ist. Besonders vielversprechende ist die Nutzung endothermer Reaktionswege mit Volumenreduktion. Im Rahmen des Projekts werden ausgewählte Reaktionen diesbezüglich experimentell im Strömungsreaktor untersucht und in Kooperation mit GM2 die Exergien bestimmt.

Da der Strömungsreaktor ein besonders schnelles und verlässliches Testexperiment ist, wird in diesem Teilprojekt die GC-MS Gasanalytik eingesetzt und kalibriert und steht dann für weitere Teilprojekte, insbesondere MM2 zur Verfügung.