Masterarbeit – Erstellung eines Optimierungsframeworks für Membrantrennprozess in SOFC Off-gas Carbon Capture Prozess

Bei uns haben Sie die Chance das neu gegründete Institute for a sustainable Hydrogen Economy (IHE) von Beginn an mit Ihren Ideen zu begleiten. Das IHE bildet mit der H2-Demonstrationsregion das "Helmholtz-Cluster für nachhaltige und infrastrukturkompatible Wasserstoffwirtschaft" . Hier werden wissenschaftliche Grundlagen im Bereich innovativer Wasserstofftechnologien gelegt, um Forschungs- und Entwicklungsansätze mit hohem Nachhaltigkeitspotential und attraktiven Wirtschaftlichkeitsaussichten voranzutreiben. Sie werden dem Institutsbereich IHE-4 angehören. Das IHE-4 befasst sich mit der Prozesssynthese und Validierung von Gesamtsystemen und Prozessen für die Herstellung und Nutzung von chemischen Wasserstoffspeichern. Wenn Sie Interesse an den Themen Energiewende, Nachhaltigkeit und chemische Wasserstoffspeicher haben, dann sind Sie hier in Ihrem Element. Werden Sie Teil des Teams und machen Sie die Welt ein Stück nachhaltiger!

Ihre Aufgaben im Team

Festoxidbrennstoffzellen (SOFC), die mit Erdgas betrieben werden, erzeugen ein Abgas, das neben CO₂ und Wasserdampf einen erheblichen Anteil an nicht umgesetztem Wasserstoff enthält. Dieser Restwasserstoff wird in konventionellen Anlagen häufig nachverbrannt, um die Abgastemperatur zu erhöhen oder thermische Energie zu gewinnen – das exergetische Potenzial des Wasserstoffs bleibt dabei jedoch weitgehend ungenutzt. Eine gezielte Rückführung dieses Wasserstoffs in den Brennstoffkreislauf eröffnet gleich zwei Vorteile: Zum einen lässt sich der Brennstoff effizienter nutzen, zum anderen wird durch die Abtrennung des H₂ das verbleibende Abgas so weit aufgereinigt, dass das CO₂ nach einer anschließenden Kondensation des Wasserdampfs in hoher Konzentration vorliegt und für Carbon-Capture-Anwendungen genutzt werden kann.

Ein verbreiteter Ansatz für diese Wasserstoffrückgewinnung ist die Abscheidung mittels Polymermembranen – ein Verfahren, das sich durch vergleichsweise niedrige Kosten und einfache Integration auszeichnet. Aufgrund der begrenzten Selektivität aktueller Membranen muss jedoch ein mehrstufiges Aufbaukonzept realisiert werden, um die gewünschte Reinheit und Rückgewinnungsrate sowohl von CO₂ als auch von Wasserstoff zu erreichen. Als Alternative soll die Verwendung von elektrochemischer Wasserstoffseparation (EHS) simulativ untersucht werden. Diese Methode ist hochselektiv, bringt jedoch aufgrund des niedrigen Technology Readiness Levels mehrere Herausforderungen mit sich.

Ziel der Masterarbeit ist es, den integrierten Prozess aus erdgasbetriebener SOFC zur Stromerzeugung mit nachgeschaltetem Carbon Capture und Wasserstoffrückgewinnung simulativ zu untersuchen. Dabei sollen die Verwendung von passiver Membran und EHS im Hinblick auf Gesamteffizienz und Emissionen miteinander verglichen werden.

• Literaturrecherche und Einarbeitung in die Themen erdgasbetriebene Solid Oxide Fuel Cells (SOFCs), sowie in die Membran- und EHS-Modellierung
• Einarbeitung in vorhandene Modelle von SOFC, EHS und Membran + Erstellung von Prozesssimulationen in AVEVA
• Optimierung der Prozesse durch Python mit Sensitivitätsanalysen
• Ausführliche Auswertung und Aufbereitung der Ergebnisse: Möglichkeit der Mitwirkung bei einer wissenschaftlichen Publikation

Das bringen Sie mit

• Laufendes Masterstudium im Bereich Verfahrenstechnik, Energietechnik, Umweltingenieurwesen, Chemieingenieurwesen, Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen oder eines vergleichbaren Studiengangs
• Erfahrung im Bereich der Programmierung (z.B. Python) wünschenswert
• Erfahrung im Bereich der Prozesssimulation von Vorteil
• Erfahrung im Bereich der Modellierung und Optimierung von Vorteil
• Sehr gute organisatorische Fähigkeiten
• Fähigkeit, Initiative zu zeigen und eigenständig zu arbeiten
• Sehr gute Kooperations- und Kommunikationsfähigkeit sowie die Fähigkeit als Teil eines Teams zu arbeiten
• Sehr gute Deutsch- und Englischkenntnisse in Wort und Schrift

Freuen Sie sich auf folgende Benefits

Wir arbeiten an hochaktuellen gesellschaftlich relevanten Themen und bieten Ihnen die Möglichkeit, den Wandel aktiv mitzugestalten! Sie erwartet ein vielseitiges Angebot:

• Sinnstiftende Aufgaben: Ihre Abschlussarbeit behandelt ein zukunftsorientiertes, gesellschaftlich relevantes Thema mit unmittelbarem Praxisbezug in einem internationalen Umfeld
• Praxisnähe: Bei uns sammeln Sie wertvolle Praxiserfahrungen neben dem Studium und wirken aktiv an interdisziplinären Projekten mit
• Einstieg & Zusammenarbeit: Freuen Sie sich auf die Zusammenarbeit in einem engagierten, internationalen und kollegialen Team. Uns ist es wichtig, dass Sie schnell im Team ankommen und strukturiert in Ihre Aufgaben eingearbeitet werden. Zudem begleiten wir Sie von Beginn an und erleichtern Ihnen den Start durch unsere
• Work-Life-Balance: Optimale Bedingungen für die Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben sowie eine familienfreundliche Unternehmenspolitik. Die Möglichkeit zum (orts-)flexiblen Arbeiten ist grundsätzlich nach Abstimmung und im Einklang mit den anstehenden Aufgaben und (Vorort-)Terminen gegeben
• Flexibilität: Flexible Arbeitszeitgestaltung erleichtert Ihnen die Vereinbarkeit mit dem Studium
• Gesundheit & Wohlbefinden: Ihre Gesundheit liegt uns am Herzen. Freuen Sie sich auf ein umfangreiches betriebliches Gesundheitsmanagement mit vielfältigen Angeboten – z. B. durch Beachvolleyball-Platz, Laufgruppen, Yoga-Kurse und vieles mehr. Zusätzlich stehen Ihnen unser betriebsärztlicher Dienst sowie ein erfahrenes Team der Sozialberatung direkt vor Ort zur Seite
• Perspektive: Bei entsprechender Qualifikation und vorhandener Stellenfinanzierung besteht am Institut die Möglichkeit zur Promotion im Anschluss an Ihre Masterarbeit
• Faire Vergütung: Ihre Abschlussarbeit wird bei uns angemessen vergütet

Neben spannenden Aufgaben und einem kollegialen Miteinander bieten wir Ihnen noch viel mehr:

Wir freuen uns über Bewerbungen von Menschen mit vielfältigen Hintergründen, z.B. hinsichtlich Alter, Geschlecht, Behinderung, sexueller Orientierung / Identität sowie sozialer, ethnischer und religiöser Herkunft. Ein chancengerechtes, diverses und inklusives Arbeitsumfeld, in dem alle ihre Potentiale verwirklichen können, ist uns wichtig.

Über die folgenden Links erhalten Sie weitere Informationen zu Vielfalt und Chancengerechtigkeit: sowie zur gezielten Förderung von Frauen:

Dienstort: Brainergy Park Jülich

Beginn: Zum nächstmöglichen Termin

**Bewerbungsfrist:**Die Stelle wird bis zur erfolgreichen Besetzung veröffentlicht