Bremer Ingenieurpreis geht an Master-Studenten der Universität

Bremer Ingenieurpreis geht an Master-Studenten der Universität
Der Bremer Bezirksverein des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) verleiht Alexander Zimmermann (Universität Bremen) jetzt den Bremer Ingenieurpreis 2022. Foto: Matej Meza / Universität Bremen

Bremer Ingenieurpreis geht an Master-Studenten der Universität

„Stofftransport von Produktgemischen der Fischer-Tropsch-Synthese-Analyse mittels Nuclear Magnetic Resonance“ – so lautet der Titel der Masterarbeit von Alexander Zimmermann. Im Fachbereich Produktionstechnik hat er damit beeindruckende Ergebnisse zur Verbesserung dieses Verfahrens vorgelegt. Der Bremer Bezirksverein des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) verleiht dem Studenten dafür jetzt den Bremer Ingenieurpreis 2022.

Mit seiner Masterarbeit zur Fischer-Tropsch-Synthese (FTS) hat der Produktionstechnik-Student Alexander Zimmermann von der Universität Bremen so sehr überzeugen können, dass er jetzt dafür vom Bremer Bezirksverein des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) den Bremer Ingenieurpreis 2022 verliehen bekommen hat. „Der Preisträger unseres diesjährigen Ingenieurpreises hat sich im Rahmen seiner Masterarbeit mit beeindruckenden Ergebnissen um die Verbesserung dieses Verfahrens engagiert“, heißt es in der Begründung für den renommierte Auszeichnung. „Die gegenwärtige Energiekrise und der Mangel an Rohstoffen lässt die Fischer-Tropsch-Synthese mehr denn je interessant erscheinen.“

Die Fischer-Tropsch-Synthese wurde in Deutschland entdeckt und ab 1920 in kurzer Zeit zur technischen Reife entwickelt. Im 21. Jahrhundert erlebt das Verfahren eine Renaissance, weil flüssige Treibstoffe zukünftig auch aus alternativen Rohstoffen wie Erdgas, Kohle oder Biomasse hergestellt werden müssen.

Für die technische Durchführung der stark exothermen Reaktion haben sich bisher Rohrbündelreaktoren und Blasensäulenreaktoren durchgesetzt. Da beide Reaktortechnologien Nachteile aufweisen, werden neue Reaktorkonzepte untersucht. Festbettreaktoren mit einer Schüttung aus hochporösen Pellets haben zwar das Potential für eine deutliche Prozessintensivierung der FTS, jedoch verhindert meist eine Stofftransportlimitierung, dass dieses tatsächlich ausgenutzt werden kann. Während der Reaktion akkumulieren sich zudem die Reaktionsprodukte in den Poren, sodass der Stoffstrom stark verlangsamt wird.

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Neue Grundlagen für das Verfahren geliefert

Hier hat Alexander Zimmermann in seiner Masterarbeit „Stofftransport von Produktgemischen der FTS-Analyse mittels NMR“ wichtige neue Grundlagen für dieses Verfahren geliefert.

Ziel dieser Arbeit war es, den Zusammenhang zwischen Porenstruktur und Stofftransportverhalten der Reaktionsprodukte zu verstehen und so die Auswahl der optimalen Struktur der eingesetzten Pellets für einen möglichst durchsatzstarken Reaktorbetrieb zu ermöglichen. Dabei untersuchte Alexander Zimmermann spezielle Pellets, die durch hierarchisch verzweigte Porenstrukturen einen schnellen Stofftransport und einen verbesserten Reaktionsprozess unterstützen.

Dazu hat er innerhalb seiner Masterarbeit zahlreiche Versuche mittels Nuclear Magnetic Resonance (NMR) – ähnlich dem bildgebenden MRT aus der Medizin – unternommen, um den Stofftransport in den zur Katalyse eingesetzten Pellets zu bewerten. Die Besonderheit war dabei, das Verhalten einer Mischung der Reaktionsprodukte in den Poren der eingesetzten Pellets zu charakterisieren. Hierbei zeigte sich, dass sich die spezielle hierarchische Porenstruktur besonders vorteilhaft auf den Stofftransport solcher Mischungen auswirken.

Wirtschaftlichkeit kann erheblich gesteigert werden

Aus dieser neuen Perspektive gelang es, neue potenzielle Vorteile dieser Porenstruktur für den Stofftransport der FTS aufzuzeigen. Damit kann die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens erheblich gesteigert werden. Durch die industrielle Anwendung dieser neuen Erkenntnisse lässt sich die Intensität und auch die Menge der so gewonnen chemischen Grundstoffe erheblich verbessern. „Die Arbeit von Alexander Zimmermann macht deutlich, dass wir auf dem Wege der Klimaverbesserung noch erhebliches Entwicklungspotenzial nutzen können“, so das Fazit des VDI.

Betreut wurde die Arbeit von Professor Jorg Thöming (Fachbereich Produktionstechnik), der seinen Studenten auch für den Preis vorschlug. „An der Masterarbeit von Alexander Zimmermann hat mich begeistert, wie tief er die für die Lösung der sehr herausfordernden Aufgabe nötige anspruchsvolle physikalische Theorie in kurzer Zeit durchdrungen hat. So gut durchdrungen, dass er für Messungen mittels Pulsgradienten einen ausgetüftelten Versuchsplan entwickeln konnte. Diese Art Messungen waren für uns im Fachgebiet neu.“

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Wie gut Zimmermann die für ihn neue Theorie verstanden habe, zeige dann auch seine klare und durchdachte Analyse der Messdaten. „Seine Ergebnisse konnte er anschließend in vorbildlicher Weise zur Lösung der verfahrenstechnischen Aufgabenstellung nutzen. Sie bestand darin herauszufinden, wie die Poren in Katalysatoren strukturiert sein müssen, um auch einen zweiphasigen Stofftransport bestmöglich zu erlauben. Durch seine Ergebnisse rückt das Ziel kostengünstigerer synthetischer Kraftstoffe in greifbare Nähe“, so Jorg Thöming.

Pressemeldung von  Universität Bremen,