Topics for Theses
The department offers topics for Bachelor’s and Master’s theses as well as student research projects. If noted in the respective examination regulations, the thesis can be written in either German or English in agreement with the examiner.
Die Stahlindustrie verursacht rund 7 % aller Treibhausgasemissionen weltweit. Um CO2-Emissionen der Stahlindustrie zu reduzieren, findet derzeit eine Transformation zu einer umweltfreundlichen Stahlproduktion statt. Im Fokus steht dabei die Dekarbonisierung der Produktionsprozesse durch den Einsatz von erneuerbaren Energien und Wasserstoff, mit denen fossile, kohlenstoffbasierte Rohstoffe und Energieträger ersetzt werden. Diese Umstellung erfordert jedoch aufwändige technologische Modifikationen, die in Abhängigkeit der Produktionsprozesse in jedem Stahlwerk individuell ausgewählt und gestaltet werden müssen. Ziel der Arbeit ist die wirtschaftliche und ökologische Bewertung von Maßnahmen zur Dekarbonisierung in einem EAF-Stahlwerk. Dazu müssen die Prozesse in einem Stahlwerk mit Elektrolichtbogenofen (EAF) hinsichtlich der CO2e-Emissionen analysiert werden, um darauf basierend Modernisierungsmaßnahmen abzuleiten und zu bewerten.
Mittel- bis langfristig müssen energieintensive Anlagen auf eine CO2-arme bzw. neutrale Prozesswärmeerzeugung umgestellt werden. Flexible Prozessketten und Anlagenkonzepte haben großes Potential für den Einsatz unter sich verändernden Rahmenbedingungen. Die Arbeit soll einen Beitrag zur Analyse der Wirtschaftlichkeit von flexible eingesetzten Thermoprozessanlagen und Industrieöfen unter dynamischen Rahmenbedingungen (volatiler Energiemarkt) leisten. Auf Basis der Ergebnisse sollen flexible Prozessketten und Anlagenkonzepte (u.a. Lastverschiebung, hybride Beheizungskonzepte, Speicher) in Bezug auf ihre ökologische und ökonomische Vorteilhaftigkeit bewertet werden.
Die von der metallerzeugenden und ‑verarbeitenden Industrie benötigte Prozesswärme wird aktuell hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Energieträger erzeugt. Ein Ansatz zur Emissionsreduzierung ist die Elektrifizierung der Anlagen. Im Rahmen einer studentischen Arbeit sollen Modelle zur mathematischen Beschreibung verschiedener elektrischer Beheizungs- und Strömungsführungskonzepte basierend auf experimentellen Untersuchungen entwickelt werden.
Das Ziel des vom IOB koordinierten EU-Projekts „HyInHeat“ ist, den Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff in den Hochtemperaturprozessen der Stahl- und Aluminiumindustrie zu demonstrieren. Die Verunreinigung von Wasserstoff mit anderen Spezies (N2, O2, H2O, CO2, CH4) kann während der verschiedenen Produktionswege auftreten. Die Auswirkungen von H2-Verunreinigungen (bis zu 2 Vol.-%) auf die kalibrierte Durchflussmesstechnik und die Verbrennungsregelung sollen im Technikum des IOB durch das Mischen technischer Gase in einem Durchflussmessprüfstand, der mit einem Brennerprüfstand ver-bunden ist, untersucht werden. Dabei werden auch die Auswirkungen auf die Verbrennungsregelung und den Brennerbetrieb erforscht.
The submerged arc furnace is an electric melting and reduction unit which has been used on an industrial scale for decades, for example for ferronickel, ferrochrome or phosphorus. Due to the increased restrictions regarding the CO2 footprint of products and the likewise increased costs for CO2 emissions, alternative process routes to the blast furnace route are also being sought in steel production. The Submerged Arc Furnace represents one option for smelting direct-reduced iron and is favored by some large steel companies. In this work, an existing CFD model of a ferrochrome SAF will be further developed. Basic process understanding will be obtained by visiting the SAF at Outokumpu in Tornio (Finland) at the beginning of the work.
Im Rahmen dieser Arbeit soll die Berechnung der Reaktionschemie, für ein am Institut entwickeltes umfangreiches Prozessmodell des Elektrolichtbogenofens, durch ein datenbasiertes Proxy-Modell ergänzt werden. Hierzu müssen die bisherigen Lösungsverfahren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht und ein entsprechendes Approximationsverfahren implementiert werden. Abschließend sollen die Simulationsergebnisse verglichen und der resultierende Fehler untersucht werden, um etwaige Grenzen für die Anwendbarkeit des Proxy-Modells festzulegen
In dieser Arbeit wird eine Methode zur Bestimmung der Emissionsgrade beliebiger Oberflächen entwickelt. Dabei steht die Anforderung im Vordergrund, dass die Methode im Rahmen eines experimentellen Aufbaus realisierbar sein sollte. Dazu werden die unterschiedlichen Möglichkeiten der Emissionsgradbestimmung erörtert und darauf basierend eine geeignete Methode entworfen. Diese wird im Anschluss mathematisch modelliert. Die Ergebnisse werden eingeordnet und eine Bewertung der entwickelten Methode schließt sich an.
Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik für die Bestimmung des CO2-Fußabdrucks im Rahmen einer Ökobilanz (Life Cycle Assessment, kurz LCA) für den Betrieb von Thermoprozessanlagen als Teil eines spezifischen Herstellungsprozesses für Produkte aus der Metall- und Mineralindustrie entwickelt und angewendet. Dabei werden anlagenspezifische Restriktionen mit dem notwendigen technischen Sachverstand berücksichtigt. Es stehen u. a. die folgenden Branchen im Fokus:
- Metallindustrie: Stahl, NE-Metalle, Gießereiwesen, Schmieden, Härtereitechnik
- Mineralindustrie: Glas, Keramik, Kalk, Zement
Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Produktionsrouten der Aluminium‑, Stahl- und Bleiindustrie untersucht und ökologisch bewertet werden. Auf diese Weise können Prozessabläufe optimiert und Einsparpotenzial sichtbar gemacht werden. Dazu sollen ausgewählte Prozesse betrachtet und mittels einer Ökobilanz nach DIN ISO 14044 untersucht werden. Abschließend werden die methodologischen Ansätze der Ökobilanzierung in Bezug auf die drei Produktionsrouten gegenübergestellt und verglichen.