Multiskalenstudien für ein nachhaltiges Chemieingenieurwesen

Die Transformation der europäischen Wirtschaft hin zu Nachhaltigkeit, CO₂-Neutralität und geschlossenen Energie- und Stoffkreisläufen stellt auch die chemische Industrie vor große Herausforderungen. Bisherige Produkte und deren Herstellungsprozesse müssen im Rahmen einer Kreislaufwirtschaft grundlegend neu konzipiert werden. Die Chemische Verfahrenstechnik erforscht und entwickelt Prozesse, um Stoffe chemisch umzuwandeln. Dabei ist insbesondere die Kopplung zwischen Reaktionen und Transportprozessen entscheidend für einen nachhaltigen Prozess. Ein Multiskalenverständnis bietet darüber hinaus die Möglichkeit, Phänomene auf verschiedenen Zeit- und Längenskalen des Reaktionssystems zu untersuchen, zu verstehen und zu bewerten. Dabei spielt die Multiskalenmodellierung eine wichtige Rolle. Basierend auf diesen Erkenntnissen können Reaktoren und Katalysatorsysteme gezielt designt und Stoffumwandlungsprozesse verbessert werden.

In diesem Vortrag werde ich zeigen, wie Multiskalenstudien ein wissensbasiertes Engineering von oberflächenreaktiven Systemen ermöglichen. Beispiele für katalytische Festbettreaktoren werden vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf der partikelaufgelösten CFD-Simulation unter Berücksichtigung der realen Bettstruktur, der Kopplung mit detaillierten Reaktionsmechanismen und der Skalenüberbrückung zur Anlagenebene liegt. In einem Ausblick werden zudem Forschungs- und Lehrkonzepte sowie Anknüpfungspunkte zu anderen KIT-Professuren skizziert.

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