Master Thesis – Simulation of a Biogas-fed Solid Oxide Electrolysis – Fischer Tropsch Synthesis Syst

Shaping change: this is what drives uns at Forschungszentrum Jülich. As a member of the Helmholtz Association with some 7,600 employees, we conduct interdisciplinary research into a digitalized society, a climate-friendly energy system, and a sustainable economy. We focus on the natural, life, and engineering sciences in the fields of information, energy, and bioeconomy. We combine this with expertise in high‐performance computing and artificial intelligence using unique scientific infrastructures.

Eine vielversprechende Technologie, die am Institut für Energietechnologien – Fundamentale Elektrochemie (IET-1) untersucht wird, ist die Solid Oxide Electrolysis Cell (SOEC), die die energieeffiziente Produktion von Synthesegas durch Koelektrolyse ermöglicht – CO2 und H2O in das CO- und H2-reiche Synthesegas umzuwandeln, das als Basis für die Produktion von kohlenstoffneutralen chemischen Erzeugnissen, E-Kraftstoffen oder nachhaltigen Flugkraftstoffen dient. Die Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) ist eine erprobte Technologie, um Synthesegas in eine Vielzahl von synthetischen flüssigen Kohlenwasserstoffen umzuwandeln. Heutzutage ist der Übergang von fossilen zu erneuerbaren Kohlenstoff-Rohstoffen notwendig für die chemische Industrie und kann erreicht werden, indem die SOEC-Technologie mit FTS kombiniert wird, während Biogas als Rohstoff verwendet wird. Um die wirtschaftliche Rentabilität, Energie- und Kohlenstoffeffizienz dieses Prozesses zu bestimmen, sind strenge Prozesssimulationen eines realistischen biogasgeführten 40-kW Reformer-SOEC-FTS-Systems, die Auswahl optimaler Prozessparameter und eine clevere Wärmeintegration erforderlich.

Aufgaben

• Literaturrecherche zu Prozesssimulationen der Fischer-Tropsch-Synthese
• Einarbeitung in das Aspen Plus-Modell
• Implementierung eines FTS-Prozessmodells in Aspen Plus, einschließlich Reaktionen, Produkttrennung und -reinigung
• Validierung Ihres Modells anhand verfügbarer Literaturdaten
• Kopplung Ihres Modells mit einem bestehenden 40 kW SOEC- und Reformator-Demonstratormodell
• Wärmeintegration innerhalb des Reformer-SOEC-FTS-Systems
• Definition von Systemgrenzen, Betriebsfällen und optimalen Betriebsbedingungen
• Anwendung realistischer Lastprofile auf das Modell
• Durchführung einer techno-ökonomischen Analyse
• Dokumentation und kritische Diskussion von Annahmen, Methoden und Ergebnissen

Erwartete Ergebnisse

Die Thesis sollte in einem strengen, validierten Simulationsmodell eines gekoppelten Reformer-SOEC-FTS-Prozesses münden. Das Modell sollte in der Lage sein, eine Reihe unterschiedlicher Betriebsparameter zu verarbeiten, die Grenzen des Systems aufzuzeigen sowie optimale Parameter hinsichtlich Kosten, Energie oder Kohlenstoffeffizienz für ein wärmeintegriertes System zu bestimmen.

Profil

• Derzeit im Masterstudium in Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau, Chemieingenieurwesen oder einem vergleichbaren Studienfeld
• Starkes Interesse an Power-To-X-Technologien, Systemoptimierung und Prozessmodellierung
• Grundkenntnisse in chemischer Reaktionstechnik, Thermodynamik und systemweiten Energiebilanzen
• Erfahrung mit Prozesssimulationssoftware (insbesondere Aspen Plus) ist von Vorteil
• Kenntnisse in Elektrochemie, Hochtemperaturelektrolyse (SOEC) und Fischer-Tropsch-Synthese sind von Vorteil
• Fähigkeit zur Eigeninitiative und selbstständigen Arbeit
• Ausgezeichnete Zusammenarbeit und Kommunikationsfähigkeiten sowie die Fähigkeit, im Team zu arbeiten
• Sehr gute Englischkenntnisse in Wort und Schrift mit umfangreichem Wortschatz sind erforderlich (mindestens B2-Niveau gemäß dem Gemeinsamen Europäischen Referenzrahmen), idealerweise unterstützt durch ein Zertifikat, das das Sprachniveau bestätigt. Kenntnisse der deutschen Sprache sind nicht zwingend erforderlich, aber sicherlich von Vorteil.

Wir bieten

• Bedeutsame Aufgaben: Ihre Thesis befasst sich mit einem zukunftsorientierten, gesellschaftlich relevanten Thema mit direkter praktischer Relevanz in einem internationalen Umfeld
• Praktische Relevanz: Bei uns sammeln Sie wertvolle praktische Erfahrungen neben Ihrem Studium und nehmen aktiv an interdisziplinären Projekten teil
• Wissenschaftliches Umfeld: Sie können exzellente wissenschaftliche Ausstattung, moderne Technologien und qualifizierte Unterstützung durch erfahrene Kollegen erwarten
• Einarbeitung & Teamarbeit: Sie können sich auf die Zusammenarbeit in einem engagierten, internationalen und kollegialen Team freuen. Es ist uns wichtig, dass Sie sich schnell im Team einleben und eine strukturierte Einarbeitung für Ihre Aufgaben erhalten. Wir unterstützen Sie von Anfang an und erleichtern Ihnen den Einstieg mit unseren Welcome Days und Welcome Guide
• Work-Life-Balance: Wir bieten flexible Arbeitszeiten, um Ihnen zu helfen, Ihr Berufs- und Privatleben in Einklang zu bringen. Sie haben auch die Möglichkeit, flexibel zu arbeiten (in Bezug auf den Standort), was in der Regel nach Rücksprache und im Einklang mit anstehenden Aufgaben und (vor Ort) Terminen möglich ist
• Flexibilität: Flexible Arbeitszeiten erleichtern es Ihnen, Arbeit und Studium zu vereinbaren
• Campus-Erlebnis: Unser Forschungscampus auf dem Land schafft ideale Bedingungen für kollegialen Austausch und sportliche Aktivitäten direkt vor Ort. Unsere Cafeteria bietet eine breite Palette von Optionen – Sie können eine entspannende Mittagspause mit Seeblick genießen
• Faire Vergütung: Wir zahlen Ihnen eine angemessene Vergütung für Ihre Thesis

Wir begrüßen Bewerbungen von Menschen mit unterschiedlichen Hintergründen, z.B. in Bezug auf Alter, Geschlecht, Behinderung, sexuelle Orientierung/Identität sowie soziale, ethnische und religiöse Herkunft. Ein vielfältiges und inklusives Arbeitsumfeld mit Chancengleichheit, in dem jeder sein Potenzial entfalten kann, ist uns wichtig.