Modellieren statt probieren

Wer wertvolle Rohstoffe effizienter nutzt und recycelt, verschafft sich Wettbewerbsvorteile. Das wissen nicht nur deutsche Industriekonzerne, sondern Unternehmen in aller Welt – und reisen deshalb zum ZIK „VIRTUHCON“ ins sächsische Freiberg.

Computersimulation eines Flüssigkeits-Gas-Experiments

Momentaufnahme aus der Simulation eines Flüssigkeits-Gas-Modellexperimentes für Prozesse in der metallurgischen Industrie.

VIRTUHCON

Aus ganz Deutschland, aus Kanada, China und Polen sind Wissenschaftler und Unternehmensvertreter zum Statusmeeting des Zentrums für Innovationskompetenz (ZIK) VIRTUHCON nach Freiberg gereist. Ihr Interesse und ihre Kooperation zeigen, dass die Forschung des ZIK praktische Relevanz und internationalen Stellenwert hat.

Die Freiberger Ingenieure entwickeln und erproben neue Umwandlungsprozesse, die unter hohen Temperaturen ablaufen und in der Chemie und Metallurgie von Bedeutung sind. Sie simulieren diese Prozesse am Computer, mit Hilfe mathematischer Modelle und Visualisierungen – ohne aufwändige Versuchsanlagen. Das spart Zeit und Geld. So können beispielsweise Rohstoffe wie Kupfer mit geringerem Energieaufwand und CO2-Aussstoß aus Erzen gewonnen werden. Dafür arbeitet die VIRTUHCON-Forschergruppe „Mehrphasenmodelle“ an hochauflösenden Simulationsmodellen, mit denen detaillierte Einblicke in bisher nicht zugängliche Hochtemperatur-Prozesse ermöglicht werden.

Individuelle Modelle

Unternehmen wie BASF, RWE und Thyssen Krupp, die zu den Partnern und zum wissenschaftlichen Beirat von VIRTUHCON gehören, sind sehr an solchen Modellen interessiert. Jedes Unternehmen braucht jedoch ein auf seine Bedürfnisse angepasstes, individuelles Modell. Die Arbeitsgruppe „Prozess-Virtualisierung“ hat deshalb gemeinsam mit Firmenpartnern praxisnahe mathematische Modelle entwickelt, mit denen industrielle Prozesse optimiert werden können.

Versuchsreaktor, in dem das Schmelzverhalten von Metallen untersucht wird.

In Versuchsreaktoren untersuchen die Freiberger unter anderem das Schmelzverhalten von mineralischen Bestandteilen in Hochtemperatur-Umwandlungsprozessen.

VIRTUHCON

Optimierte Reaktionen

Um die Rechenmodelle mit realen Prozessen abzugleichen, schaut sich die VIRTUHCON-Arbeitsgruppe „Stoff- und Prozessanalyse“ die Vorgänge in Reaktoren genauer an. Dort werden beispielsweise Kohlepartikel mit Kohlendioxid und Wasserdampf zu Synthesegas umgesetzt. Aus Synthesegas lassen sich Grundstoffe für die chemische Industrie oder auch Kraftstoffe gewinnen. Für ihre Experimente nutzen die Freiberger unter anderem den Versuchsreaktor „KIVAN“, in dem solche Reaktionen unter sehr hohen Drücken und bei Temperaturen von bis zu 1.200 Grad Celsius untersucht werden. Auf der Basis der Versuche entwickeln und bewerten die Ingenieure mathematische Modelle und Visualisierungen. So können sie die Abläufe im Reaktor optimieren – vom Versuchsmaßstab bis zur Industrieanwendung. Die Ergebnisse der Grundlagenforschung finden auf diese Weise den direkten Weg in die Praxis.