Im Hinblick auf Forschungs- und Projektarbeiten stehen am Institut für Verbrennungstechnik der Luft- und Raumfahrt besonders folgende Ziele im Fokus:
- der effektive und umweltgerechte Einsatz konventioneller und alternativer Brennstoffe
- die Erhöhung der Zuverlässigkeit, besonders hinsichtlich Zünden, Verlöschen und thermoakustischer Schwingungen bei instationärer Verbrennung
- die Minderung von Schadstoffen wie Ruß, Stickoxiden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und CO2-Emissionen
- die Entwicklung und Optimierung von Brenner- und Brennkammer-Systemen
Hierfür entwickeln wir innovative Forschungstools von laser-basierter Messtechnik, ML-basierte Methoden und CFD und bringen diese in kanonischen bis hin zu technischen Systemen zur Anwendung.
Im Rahmen der Forschungsaktivitäten unserer Emmy Noether Junior-Forschungsgruppe (DFG - Emmy Noether Programm) fördern wir das grundlegende Verständnis der Wechselwirkungen zwischen turbulenter Strömung, Reaktionschemie und mehreren Phasen, die die Bildung von Schadstoffen sowie die Kraftstoff- und Lastflexibilität von Verbrennungskonzepten steuern (GEPRIS). Das erworbene Verständnis ist von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung sauberer, nachhaltiger und umweltfreundlicher Technologien. Eine nahezu emissionsfreie Betriebsweise wird durch die Verwendung von kohlenstoffneutralen synthetischen Flüssigkraftstoffen möglich. Um den Klimaeinfluss von Verbrennungsanwendungen effektiv zu minimieren, ist die Reduktion der nicht-CO2-Effekte (z.B. NOX und Partikel) gleichermaßen wichtig. Zum Beispiel zeigt der nicht-CO2-Effekt im Luftfahrtsektor eine doppelt so hohe Erwärmungspotenzial wie das emittierte CO2 selbst.
Die gewonnenen Erkenntnisse werden maßgeblich die Entwicklung von Kraftstoff- und Last-flexiblen Verbrennungskonzepten unterstützen, die Skalierbarkeit von Flüssigkraftstoff-betriebenen Mikrogasturbinensystemen erweitern und nahezu emissionsfreien Betrieb ermöglichen, wenn sie in Kombination mit kohlenstoffneutralen Flüssigkraftstoffen eingesetzt werden.
Im Rahmen des Schwerpunktprogramms SPP 2419 (SPP 2419 - GEPRIS) arbeiten wir in Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart und dem Institut für Materialwissenschaft und -technologie der TU Berlin an einem interdisziplinären Ansatz für einen Proof-of-Concept zur direkten thermochemischen Umwandlung von Ammoniak in Hochleistungsverbrennungsanwendungen mit hoher Leistungsdichte und minimalem NOX- und NH3-Schlupf. Die Entwicklung wird durch die Kombination von drei Schlüsseltechnologien erleichtert: (i) additive Fertigung, die die Gestaltung eines (ii) hocheffizienten in-situ NH3-Reformers ermöglicht, um anschließend H2-angereicherte Mischungen in einem (iii) autoignition-stabilisierten Verbrennungsprozess zu verbrennen. Die in-situ Spaltung von NH3 zu NH3-H2-N2-Mischungen nutzt die vorteilhaften Verbrennungseigenschaften von H2 (z.B. erweiterte Grenzen für mageres Flammenverhalten, Belastbarkeit bei Dehnungen und Lastflexibilität), bietet gezielte NOX-Minimierung und umgeht die verteilungsbedingten Herausforderungen von H2.
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart, finanziert durch den InnovationCampus Future Mobility (ICM) im Rahmen eines Bottom-Up-Zuschusses, evaluieren wir die Machbarkeit innovativer Einspritzkonzepte für flüssige CO2-neutrale Kraftstoffe (z.B. Ammoniak, SAF), die mittels additiver Fertigung (PBF/LB-M) hergestellt werden können.
Unser Ziel ist es, einen ganzheitlichen Optimierungsprozess zu entwickeln, der die AM-Prozessparameter direkt mit den gewünschten Ergebnissen korreliert. Der gesamte Prozess, der additive Fertigung, standardisierte experimentelle Tests und KI-gesteuerte Optimierung kombiniert, definiert einen "Hybrid Twin" (analog zu digitalen Zwillingen), der die Entwicklung entsprechender Technologien erheblich beschleunigen kann. Dieser innovative Herstellungsprozess kann somit die Zuverlässigkeit erhöhen und die Produktionskosten signifikant senken.
Informationen zum Thema Transregio folgen in Kürze
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Dieser Link führt zu einer Übersicht der Forschungsthemen des DLR Institut für Verbrennungstechnik.