Modellierung thermochemischer Konversionsprozesse 

Die   Arbeitsgruppe   Modellierung   thermochemischer Konversionsprozesse entwickelt und optimiert innovative, nachhaltige Prozesse für energieintensive Industriezweige, vor allem für die chemische, metallurgische und Glasindustrie. Im Fokus steht die Transformation hin zu ressourcenschonenden und zukunftsfähigen Produktionsprozessen auf Basis erneuerbarer Energieträger. Ein zentrales Werkzeug dafür bilden modernste Simulationsmethoden. Sie ermöglichen, die Entwicklung und Prozessumstellung deutlich zu beschleunigen und Kosten zu reduzieren. Zugleich können damit sicherheitsrelevante Fragestellungen sowie Risiken der Einführung neuer Technologien frühzeitig erkannt und minimiert werden.

Hierfür entwickelt die Arbeitsgruppe passgenaue Modelle, die zur Berechnung, Erprobung und Optimierung unterschiedlichster Reaktoren und Syntheseprozesse eingesetzt werden. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten umfassen den gesamten Skalenbereich – vom chemisch reagierenden Einzelpartikel bis zum Gesamtreaktor – und reichen von der Grundlagenforschung bis zur anwendungsnahen Technologieentwicklung. Dies erfolgt immer in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft.

Zudem wird ein großer Schwerpunkt auf die Integration moderner KI-Methoden in die Prozessentwicklung und -optimierung gelegt. Der Einsatz maschinellen Lernens ermöglicht es, Simulations- und Auswertungsprozesse zu beschleunigen, komplexe Daten effizient zu analysieren und Optimierungspotenziale gezielt zu erschließen. Durch die Verbindung physikalisch fundierter Modellierung mit datengetriebenen Ansätzen entstehen neue Möglichkeiten für eine intelligente und ressourceneffiziente Entwicklung thermochemischer Prozesse.

Im Forschungsvorhaben GlasLAB – Ad vitam entwickelt die Arbeitsgruppe gemeinsam mit Prof. Sindy Fuhrmann und Prof. Hartmut Krause detaillierte Rechenmodelle zur Analyse und Optimierung von Glasschmelzprozessen. Auf Basis von CFD-Simulationen werden Temperatur- und Stoffverteilungen im Schmelzofen präzise erfasst, um experimentell kaum zugängliche  Phasenwechselwirkungen und Reaktionsvorgänge unter extremen Prozessbedingungen sichtbar zu machen. Auf diese Weise entstehen fundierte Erkenntnisse über den Prozess, die den Weg für nachhaltige und emissionsneutrale Glastechnologien ebnen und zugleich eine hohe Glasqualität sichern.

Im Forschungsvorhaben GreenTBRC arbeitet die Arbeitsgruppe gemeinsam mit Prof. Alexandros Charitos an der Weiterentwicklung der Top Blown Rotary Converter (TBRC)-Ofentechnologie für eine nachhaltige Kupfererzeugung. Im Mittelpunkt stehen experimentelle Untersuchungen zur Thermochemie sowie modellgestützte Analysen turbulenter Mehrphasenströmungen. Dafür werden hochauflösende Modelle zur Beschreibung von Grenzflächenphänomenen an reaktiven Blasen entwickelt und mit effizienten Prozessmodellen verknüpft. So können die Kupferqualität gezielt analysiert und Prozessparameter systematisch optimiert werden.