Sie möchten einen Beitrag leisten zu einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Energieversorgung? Sie möchten Materialien weiterentwickeln, welche zu einer effizienteren Nutzung der verfügbaren Energie und Ressourcen beitragen? Dann verstärken Sie unser Team aus Forscherinnen und Forschern am Institut für Future Fuels in Köln.

Sie werden Teil eines interdisziplinären, multinationalen Forschungsteams sein und Zugang zu modernsten chemischen Laboren, sowie einer breiten Infrastruktur von analytischen und strukturellen Charakterisierungsmethoden erhalten. Es besteht die Möglichkeit zur Teilnahme am Graduiertenprogramm des DLR.

Durchgeführt wird die Promotion im Rahmen des gemeinsam von der RWTH Aachen und dem DLR eingerichteten Lehrstuhls für Solare Brennstoffe an der Fakultät für Maschinenwesen.

Um den dringenden Bedarf an erneuerbarer Energie (EE) für die Stromerzeugung, industrielle Prozesswärme und die Herstellung chemischer Grundstoffe zukünftig decken zu können, erforscht das DLR am Institut für Future Fuels keramische Metalloxide und deren Verwendung in Hochtemperaturprozessen. Diese können in sogenannten thermochemischen Zyklen genutzt werden, um Wärme in chemische Energie umzuwandeln, indem das Metalloxid bei hohen Temperaturen reduziert wird. Reduzierte Metalloxide können dann entweder mit Sauerstoff reoxidiert werden, um die gespeicherte Energie in Form von Wärme als Teil eines Wärmespeichers freizusetzen oder sie können zur Herstellung von chemischen Rohstoffen wie N2, H2 oder CO verwendet werden. Die Wahl des Materials sowie der makroskopischen Struktur, welche in Reaktorsystemen untergebracht werden kann, spielen eine entscheidende Rolle, um die Effizienz und Anwendbarkeit solcher Prozesse zu optimieren.

Theoretische Screening-Methoden, Prozesssimulationen und experimentelle Tests und Analysen müssen aufeinander abgestimmt werden, um die erfolgreiche Umsetzung neuartiger Metalloxidmaterialien in konkrete Anwendungen zu fördern. Die Validierung von thermodynamischen und kinetischen Leistungsindikatoren vielversprechender Materialkandidaten sowie deren Übertragung auf stabile 3D-Strukturen sind wichtige Bestandteile aktueller Forschung auf diesem Gebiet. Insbesondere die Oberflächenchemie in Verbindung mit der Mikro- und Makrostruktur und ihr Einfluss auf Thermodynamik und Kinetik müssen weiter erforscht werden, um sie vollständig zu verstehen.

Ihr Arbeitsschwerpunkte sind:

• Screening von Mehrkomponenten-Metalloxidmaterialien im Hinblick auf kritische Eigenschaften für die thermochemische Energieumwandlung auf der Grundlage von Literatur und Ergebnissen aus ab-initio-Simulationen (z. B. DFT)

• Synthese von Metalloxiden und Herstellung strukturierter Objekte im Labormaßstab

• Thermodynamische und kinetische Analyse von Metalloxidpulvern und -strukturen mit Hilfe von TGA/DSC

• Optimierung der Mikro- und Makrostruktur im Hinblick auf die Anwendungsanforderungen

• Modellierung und Validierung der Reduktions- und Oxidationskinetik von Metalloxiden sowie Quantifizierung physikalisch-chemischer Einflussgrößen

• Zyklische Langzeittests von Metalloxiden im Hinblick auf thermodynamische und kinetische Eigenschaften

• Anfertigung wissenschaftlicher Publikationen