Forschungsfelder und Projekte

Für das Verbundvorhaben Clean Circles werden vier ineinandergreifende und eng verknüpfte Forschungsfelder bearbeitet, denen jeweils mehrere Projekte zugeordnet sind.

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Forschungsfelder

1 Reduktionsverfahren

Speicherung erneuerbarer Energie durch Reduktion von Eisenoxiden: Erforschung neuer innovativer Verfahren zur Reduktion von Eisenoxiden auf Basis der Elektrolyse (elektrochemisch) und in Wirbelschichten mit grünem Wasserstoff (thermochemisch).

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2 Oxidationsverfahren

Freisetzung erneuerbarer Energie durch Eisenoxdation: Erforschung der Oxidationsprozesse (thermochemisch) von Eisen-/Eisenoxidpartikeln in unterschiedlichen Oxidationsstufen unter verschiedensten Prozessbedingungen.

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3 Thermodynamisch-mathematische Betrachtung

Thermodynamisch-mathematische und techno-ökonomische Analyse von Eisenkreisläufen: Mathematische Modelle des gesamten Eisen-Kreislaufs für energetische, exergetische und exergoökonomische Analysen sowie Optimierung und Szenarienbewertung. Abstimmung mit Forschungsfeld 4 zu wirtschaftlichen und politischen Randbedingungen.

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4 Sozioökonomische Betrachtung

Governance von Innovationen und sozioökonomische Modellierung: Strategien zur politischen Sektorenkopplung und Analysen zu Innovationsprozessen. Identifizierung von Förderinstrumenten in der Energie-, Struktur-, Investitions-, Entwicklungs- und Migrationspolitik zur Etablierung neuer Technologien auf Basis des Modells aus Forschungsfeld 3.

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Projekte sortierbar nach Forschungsfeld

Projekttitel (PI) Reduktions-
verfahren 		Oxidations-
verfahren 		Thermodynamisch-mathematische Betrachtung Sozioökonomische Betrachtung
Experimentelle Untersuchung von Eisen- und Eisenoxid-Partikelwolken während thermochemischer Oxidation und Reduktion (B. Böhm) x x
Entwicklung eines kinetischen Modells basierend auf experimentellen Untersuchungen der thermochemischen Reduktion/Oxidation von Eisenoxid/Eisen (O. Deutschmann) x x
Experimentelle Untersuchung der thermochemischen Oxidation bei der Verbrennung von Eisenpartikeln unter laminaren und turbulenten Strömungsbedingungen (Dreizler) x
Thermochemische Reduktion/Oxidation in Wirbelschichten (B. Epple) x x
Lösung und Elektrochemie von Eisenoxiden in ionischen Flüssigkeiten und stark eutektischen Lösungsmitteln (B. Etzold) x
Modellierung und numerische Untersuchungen der Bildung von Nanopartikeln bei der Oxidation von Eisenpartikeln (F. Ferraro) x
DNS-Analyse der Clusterbildung und der Verbrennung von Eisenpartikeln in homogener isotroper Turbulenz (B. Frohnapfel) x
Berührungslose, zeitaufgelöste Messverfahren von Mikropartikeln auf Eisenbasis, die einer thermo-chemischen Reduktion oder Oxidation unterzogen werden (D. Geyer) x x
In-situ und in-operando Untersuchung von Eisen- und Eisenoxid-Mikropartikeln bei Reduktion oder Oxidation (Grunwaldt) x x
Numerische Untersuchung der laminaren und turbulenten Eisenstaub/Luft-Verbrennung (C. Hasse) x
Auflösung und Bewegungsdynamik von metallischen Mikropartikeln in ionischen Scherströmungen (J. Hussong) x
Einfluss von Oxidations- und Reduktionsbedingungen auf Eisensignaturen, verfolgt durch Mössbauer-Spektroskopie (U. Kramm) x x
Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Eisenpartikeln und ihren Oxiden (H. Nirschl) x x
Phasenfeldmodellierung von Phasenumwandlung, Intrapartikeldiffusion und Mikrostrukturentwicklung von Eisenoxid (D. Raabe) x
Entwicklung eines kinetischen Modells für die thermo-chemische Reduktion/Oxidation von Eisenpartikeln und Untersuchungen der Staubfeuerung in CFD-Simulationen (U. Riedel) x x
Modellierung der Reaktions-Transport-Kopplung für einzelne, eisenbasierte Mikropartikel bei thermo-chemischer Reduktion/Oxidation (A. Scholtissek) x x
Untersuchung der Eisenpartikelverbrennung in turbulenten Scherströmungen mittels DNS der Trägerphase (O. Stein) x
Untersuchungen zur Reduktion von Eisenoxiden mittels Dichtefunktionaltheorie(DFT)verfahren (F. Studt) x
Untersuchung der laminaren Verbrennungswellengeschwindigkeit und -struktur in Eisenstaubbrennern vom Typ Bunsen (D. Trimis) x
Einfluss der Turbulenz auf die Flammenausbreitung in Eisenstaubsuspensionen (N. Zarzalis) x
Multikriterielle Analyse des Gesamtsystems (P. Stephan) x
Skalen- und komplexitätsreduzierte Modelle für Reduktion und Oxidation auf Basis von Reaktornetzwerken (D. Bothe/S. Hartl) x
Gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierungsverfahren für die Optimierung des Gesamtsystems Clean Circles unter Unsicherheit (S. Ulbrich) x
Robuste Optimierung und Bewertung der Energie- und Logistiknetzwerke in Clean Circles (M. Pfetsch) x
Governance der Sektorkopplung (M. Knodt) x
Externe Governance der Sektorkopplung (Niemann) x
Innovationsökonomische Perspektive (I. Ott) x
Nachwuchsgruppe Integrierte Systemanalyse (K. Schulze) x x
Analyse des Energiesystems (W. Fichtner) x x
Dynamik zwischen Themenöffentlichkeit und Leitmedien in Debatten zur Energiewende (S. Post) x
Inter- und transnationale Governance-Initiativen für erneuerbare Energien (J. Tosun) x

Kooperation mit der Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ)

Die GIZ berät weltweit zu Fragen der Energiepolitik mit besonderem Fokus auf erneuerbare Energien und kann auf jahrelange Kontakte in Marokko und ihr eigenes Büro in Rabat zurückgreifen. Die erarbeiteten Erkenntnisse sollen mit der GIZ diskutiert und bewertet werden.

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LandesEnergieAgentur Hessen und Extremadura Energy Agency (Spanien)

Die LandesEnergieAgentur Hessen wird Clean Circles gemeinsam mit der Extremadura Energy Agency (Spanien) bei der Bewertung des Transferpotentials in Spanien unterstützen. Nicht zuletzt durch das gemeinsame EU-Projekt FIRESPOL haben beide Erfahrung in der Einwerbung und Nutzung von EU-Strukturfondsmitteln.

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DLR-Institut für CO2-arme Industrieprozesse

Ein Fokus der Kooperation ist die Direktreduktion von Eisenoxid mit Synthesegas und reinem Wasserstoff, u.a. in der Stahlindustrie. Die in Clean Circles erarbeiteten Erkenntnisse werden dazu beitragen, dass die Skalierung vom Labor- auf Technikumsmaßstab und weiter zu realen Anlagengrößen genauer als bisher möglich sein wird.

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