Lukas Feierabend, Simulation

Modellierung & Simulation

Du möchtest komplexe Wasserstoffsysteme besser verstehen, entwickeln oder optimieren?

Mit physikalisch fundierten Modellen und simulationsgestützten Ansätzen analysieren wir Transport- und Reaktionsprozesse entlang der Wasserstoff-Wertschöpfungskette – vom porösen Material über die Zelle bis zur gesamten Anlage. Unsere Modelle helfen, Systeme zu verstehen, Schwachstellen zu identifizieren und neue Lösungen effizient zu entwickeln.

von der Mikrostruktur zum Gesamtsystem

Wir modellieren elektrochemische Systeme auf verschiedenen Skalen – von der mikroskopischen Mehrphasenströmung in porösen Medien bis hin zur Interaktion verschiedener Module im System komplexer Antriebs- und Umwandlungsprozesse. Dabei kommen sowohl detaillierte Partikel- und Kontinuumsmethoden zur Untersuchung lokaler Verteilungen in einzelnen Komponenten als auch reduzierte Modelle und datenbasierte Ansätze für ganze Systeme oder Langzeituntersuchungen zum Einsatz. Ein besonderer Fokus liegt auf der Weiterentwicklung skalenübergreifender Modelle und effizienter Simulationsansätze zum Transfer von Grundlagenwissen in die Anwendung. In diesem Bereich sind wir grundsätzlich an Kooperationen zur Weiterentwicklung, Validierung und Anwendung dieser Ansätze interessiert.

MIKRO- UND MESOSKALEN-
MODELLIERUNG

  • Transport und Mehrphasenströmungen in porösen Materialien:
    • Einfluss von Struktur und Oberflächeneigenschaften auf effektive Transporteigenschaften
    • Analyse dynamischer Transporteigenschaften (Wasseraufnahmeverhalten, relative Permeabilität)
  • Strömungsverhalten von Nicht-Newtonschen, komplexen Fluiden:
    • Elektrolytsuspensionen für Flussbatterien
    • Verarbeitung hochgefüllter Graphit-Polymer-Compounds für Bipolarplatten
  • Methoden: Lattice-Boltzmann-Methode, Porennetzwerkmodelle, CFD (FVM), DEM
  • Software: GeoDict, Palabos, OpenPNM, OpenFOAM, CFDEM, LIGGGHT

 

Kontinuumsmodellierung (CFD)

  • Strömungs-, Wärme und Stofftransport
  • Reaktionsphänomene in (elektro-) chemischen Wandlern
  • Strömungsberechnungen in Flow Fields, Diffusionslagen und Stapeln
  • Multiphysik-Simulation von Einzelzellen
  • Simulation von Tankbefüllung, Strömungsausbreitung, Hot-Spots
  • CFD-basierte Reaktorsimulation (z. B. Ammoniak-Cracker)
  • Software: AVL FIRE, FloEFD, OpenFOAM

 

Reduzierte Modellierung und datenbasierte Methoden

 

  • Dimensionsreduzierte Modellierung von Brennstoffzellen- und Elektrolysestapeln
  • Performance- und Degradationsmodellierung
  • Effiziente Designvariationen, Sensitivitätsanalysen und Optimierungssimulationen
  • Einsatz von Machine Learning zur Degradationsprognose, AST-Entwicklung und modellgestützten Kontrollstrategien
  • Software: Open Source, modular (github.com/zbt-tools)

 

Systemsimulation

  • Stationäre und dynamische Analyse von:
    • Wasserstoffbasierten Energie- und Antriebssystemen
    • Power-to-X- und X-to-Power-Prozessen (X = Ammoniak, Methan, Methanol, …)
    • Wasserstofftankstellen (HRS)
  • Optimierte Auslegung komplexer Energiewandlungssysteme für flexible Lastprofile
  • Entwicklung und Bewertung von Regelungsstrategien
  • Softwaretools: Eigene Modelle (github.com/zbt-tools), AVL CRUISE M, MATLAB, Python

 

Bewertung, Validierung und Optimierung von Prozessen

Simulationsgestützte Analysen helfen uns, Wasserstoffsysteme ganzheitlich zu bewerten – von der Einzelkomponente bis zur gesamten Anlage. Dabei nutzen wir Prozesssimulationen, Variantenanalysen und dynamische Modelle, um Betriebspunkte zu optimieren, neue Konzepte abzusichern und komplexe Anlagenkonfigurationen zu untersuchen.

Damit unsere Modelle aussagekräftig und belastbar sind, stützen wir sie auf experimentelle Referenzdaten – aus eigenen Testständen oder in enger Zusammenarbeit mit Forschungspartnern. Parametrierung, Kalibrierung und Validierung erfolgen systematisch und ermöglichen eine enge Verknüpfung von Simulation und physikalischer Realität.

Kontakt

Gruppenleiter Modellierung & Simulation

Lukas Feierabend
+49 203 7598-2353
Lukas Feierabend, Mitarbeiterfoto

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