Arbeitsgruppe Modellierung und Simulation

In der Arbeitsgruppe Modellierung und Simulation werden Transport- und Reaktionsphänomene in (elektro-)chemischen Wandlern innerhalb der Energiekette von grünem Wasserstoff simulativ abgebildet. Die Untersuchungen reichen von effizienten Systembetrachtungen gesamter verfahrenstechnischer Anlagen und neuartiger Antriebskonzepte bis zur mikroskaligen Untersuchung der Mehrphasenströmung in porösen Materialien.

Neben der Verwendung etablierter Methoden (Prozesssimulationen, CFD, etc.) werden reduzierte Modellansätze für effiziente Variantenstudien und Optimierungen weiterentwickelt. Referenzen zur Parametrierung, Kalibrierung und Validierung werden in enger Kooperation mit den anderen Arbeitsgruppen des ZBT oder externen Forschungspartnern erarbeitet.

Ein weiterer Fokus ist die Identifikation von Schwachstellen der aktuellen Simulationsansätze z.B. im Hinblick auf die Überbrückung der Skalen innerhalb von elektrochemischen Wandlern und daraus folgend die Ableitung und Implementierung neuartiger Lösungen.

Mikro-/Mesoskalen-Modellierung

• Multiphasenmodellierung in porösen Medien
• Nicht-Newtonsche, mehrphasige Fluide wie Elektrolytsuspensionen für Flussbatterien
• Untersuchung von komplexen und dynamischen Materialeigenschaften
• Software: Palabos, CFDEM, OpenFOAM

Kontinuumsmodellierung (CFD)

• Strömungs-, Wärme- und Stofftransport
• Reaktionsphänomene in (elektro-)chemischen Wandlern
• Untersuchung detaillierter 3D-Designs
• Software: AVL FIRE, OpenFOAM

Reduzierte Modellierung

• Dimensionsreduzierte Modellierung von Brennstoffzellen- und Elektrolysestapeln
• Effiziente Designvariationen, Sensitivitätsanalysen und Optimierungssimulationen
• Software: Open Source, modular (github.com/zbt-tools)

Systemsimulation

• Power-to-X-Prozesse und X-basierte Antriebssysteme (z.B. für grünen Ammoniak)
• Untersuchung der stationären und dynamischen Interaktion einzelner Komponenten
• Software: Ebsilon, AVL Cruise M, Python

Abteilung Neue Materialien und Technologien

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