CHESS - "CCUS & Hydrogen Systems Engineering School"

Es wurde die Doctoral School “CCUS & Hydrogen Systems Engineering School" – CHESS aus zahlreichen Anträgen ausgewählt, da diese als einzige Bewerbung aus fünf miteinander verbundenen und gesamthaft koordinierten Einzeldissertationen (PhDs) ausgebaut ist und die auf den Lehrstühlen für Energieverbundtechnik, Energy Geosciences , Eisen- und Stahlmetallurgie , Physikalische Chemie sowie Verfahrenstechnik des Industriellen Umweltschutzes angesiedelt sind.

Zur Koordination der Einzelarbeiten wird ein gemeinsames Daten- und Szenariokonzept aufgesetzt, sodass alle Dissertationen konsistente Annahmen und Randbedingungen nutzen. Durch regelmäßige Abstimmungen der Arbeiten der Doctoral School entstehen kontinuierliche Rückkoppelungen, die bei Einzelbearbeitung nicht entstehen würden und damit den eigentlichen Mehrwert des Vorhabens darstellen: Erkenntnisse aus den technologischen Betrachtungen fließen in das Energiesystemmodell ein, umgekehrt liefert die systemische Analyse Anforderungen an Technologien, Speicheroptionen oder Prozessparameter. Somit entsteht ein interdisziplinärer Forschungsrahmen, der es erlaubt, die komplementären Rollen von grünen Gasen/H₂ und CCUS fundiert zu bewerten und robuste Transformationspfade abzuleiten. Abstimmung der PhD-Arbeiten untereinander finden im vier bis sechs Wochen Turnus statt, die Faculty wird zumindest quartalsweise eingebunden. Gegenseitiges Mentoring der Dissertationen im Sinne der Promotionsordnung der MUL durch die Faculty Members ist vorgesehen.

PhD1 - Konzept Dissertation „Energiesysteme“: Die Dissertation im Bereich Energiesysteme analysiert, wie H₂- und CCUS-basierte Dekarbonisierungsstrategien die Struktur des zukünftigen Energiesystems beeinflussen. Im Zentrum stehen Veränderungen des Endenergiebedarfs, die Anforderungen an Energie- und Stoffinfrastrukturen (H₂-, CO₂- und elektrische Netze), der Bedarf und die Nutzung von Speichertechnologien (geologische Speicherung von erneuerbaren Gasen wie H₂, geologische CO₂-Speicherung, chemische und elektrische Energiespeicher) sowie die resultierenden Gesamtsystemkosten. Dies soll in einem gesamtheitlichen, sektorübergreifenden Energiesystemmodell dargestellt werden, das regionale Strukturen wie industrielle Cluster, potenzielle Speicherstandorte und Transportkorridore abbildet.

PhD2 - Konzept Dissertation „geologische Speicher“: Die PhD2 greift die in PhD1 für die Optimierung der Energie- und Stoffinfrastrukturen gewonnenen Erkenntnisse bzw. aufgeworfenen Forschungsfragen hinsichtlich Systemkosten, zu erwartender Energieund Stoffströme, etc. auf und setzt sich eine „Untergrundraumplanung“ für die optimale Nutzung geologischer Speicherkomplexe für unterschiedliche Speicherfluide (z.B. CO₂ vs. H₂ vs. andere „grüne“ Gase bzw. Energieträger) zum Ziel. Angestrebt wird hier auch die Bereitstellung dezentraler Lösungen in Bedarfsregionen, welche nicht über konventionelle Gasspeicherpotentiale in ausgeförderten Kohlenwasserstofffeldern verfügen (z.B. Burgenland).

PhD3 - Konzept Dissertation „Eisen- und Stahlmetallurgie“: Die Dissertation im Bereich Eisen- und Stahlmetallurgie untersucht die zukünftige Rolle lichtbogenbasierter Technologien in der Transformation der hard-to-abate Stahlindustrie. Aufgrund veränderter Einsatzstoffe und neuer Verfahrenskonzepte gewinnen sowohl etablierte Anlagen wie der Elektrolichtbogenofen (EAF) als auch innovative Technologien wie der Smelter (ESF) oder Breakthrough- Ansätze wie die Wasserstoffplasma-Schmelzreduktion (HPSR) an Bedeutung. Die Dissertation leistet damit einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis der technologischen, energetischen und stofflichen Erfordernisse zukünftiger elektrifizierter Stahlherstellungsverfahren im Rahmen der Doctoral School.

PhD4 - Konzept Dissertation „Carbon Management in der chemischen Industrie - Material: Oxidbasierte Katalysatoren können massiv zur Steigerung der Effizienz der reverse Wassergas-Shift- Reaktion (rWGS) beitragen, indem sie die Aktivierung von CO₂ und H₂ erleichtern und so die Umwandlung zu Synthesegas beschleunigen. Diese Katalysatoren zeichnen sich durch ihre hohe thermische Stabilität und  Widerstandsfähigkeit gegenüber Deaktivierungsmechanismen aus, was sie besonders für den Einsatz in Hochtemperaturprozessen geeignet macht. Damit leisten neue hocheffizente oxidbasierte Katalysatoren einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Technologien im Bereich des Carbon Managements und der Transformation von Energiesystemen.

PhD5 - Konzept Dissertation „Carbon Management in der chemischen Industrie - Prozess“: Eine Schlüsselreaktion für die Nutzung von CO₂ in CCU-Prozessen ist die reverse Wassergas-Shift-
Reaktion (rWGS), in der CO₂ an einem Katalysator mit H₂ zu CO reduziert wird. Das so gewonnene Synthesegas (CO-H₂) ist eine Plattform für die Herstellung von Chemikalien und erneuerbaren flüssigen Treibstoffen. Die im Rahmen der PhD4 entwickelten rWGS Katalysatoren werden in der neuen Hochtemperatur-Katalyseanlage der Verfahrenstechnik experimentell untersucht und bewertet. Bisher fehlen Daten zum Einfluss höherer Prozessdrücke, Informationen zur Langzeitstabilität, zur Koksbildung sowie eine Einschätzung über das dynamische Verhalten der rWGS-Reaktion. Daher liefert diese Dissertation im Rahmen der Doctoral School einen wesentlichen technologischen Beitrag für CCU-Verfahren im Rahmen des Carbon Managements.