Sechs Forscher des Instituts für Reaktive Strömungen und Diagnostik (RSM) schlossen sich einer Delegation von 18 Forschern der TU Darmstadt an und nahmen an der 4. Konferenz zum Thema „Metal-enabled Cycle of Renewable Energy“ (MeCRE), einem internationalen Forum, das sich der Förderung von Metallbrennstoffen als nachhaltige Energieträger widmet. Die Konferenz brachte führende Wissenschaftler, Vertreter der Industrie und politische Entscheidungsträger zusammen, um die Rolle metallbasierter Energiesysteme bei der Gestaltung einer klimaneutralen Zukunft zu erörtern.

Metallbrennstoffe wie Eisen und Aluminium finden aufgrund ihrer hohen Energiedichte, ihrer Recyclingfähigkeit und ihres Potenzials, erneuerbare Energiesysteme zu ergänzen, zunehmend Beachtung. MeCRE bietet eine Plattform für den Wissensaustausch über Verbrennungsprozesse, Reaktortechnologien, Energiespeicherlösungen und die weiterreichenden Herausforderungen im Zusammenhang mit der Etablierung eines nachhaltigen Metallbrennstoffkreislaufs.

Zu den Beiträgen des RSMs gehörten unteranderem die Präsentationen der beiden Doktoranden Dr. Can Ruan und Janik Hebel, die ihre neuesten Erkenntnisse zum Verbrennungs- und Zündverhalten von Metallpartikeln unter realistischen Betriebsbedingungen vorstellten.

Einblicke in die Verbrennung von Aluminiumpartikeln in dampfreichen Umgebungen

Der Vortrag von Dr. Can Ruan (RSM) mit dem Titel „Verbrennung von Aluminiumpartikeln im Mikrometerbereich in Hochtemperatur H₂O/N₂-Strömungen“ befasste sich mit den Verbrennungseigenschaften von Aluminiumpartikeln im Mikrometerbereich in heißen Dampf-Stickstoff-Atmosphären.

Für seine Forschung kombinierte Dr. Ruan fortschrittliche optische Diagnosemethoden, darunter eindimensionale Raman- und Rayleigh-Streuung, um die Gastemperaturen und die Konzentrationen der wichtigsten Spezies in der Gasphase zu charakterisieren. Darüber hinaus ermöglichten Hochgeschwindigkeits-Luminositätsbildgebung und Schattografie eine detaillierte Beobachtung der transienten Zünd- und Verbrennungsprozesse. Die Ergebnisse liefern wertvolle Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Aluminiumpartikeln und dampfreichen Umgebungen und tragen zur Entwicklung effizienter und nachhaltiger Metallbrennstoff-Energiesysteme bei.

Neue Erkenntnisse zur Zündung von Eisenpartikeln in turbulenten Strömungen

Janik Hebel (RSM) und Bich-Diep Nguyen (STFS) stellten aktuelle Forschungsergebnisse zum Thema „Zündung von Eisenpartikeln in einem turbulenten Rundstrahl mit heißer Mitströmung“ vor, die auf einer kürzlich in der Fachzeitschrift „Fuel“ veröffentlichten Studie basieren. Während die Verbrennung einzelner Eisenpartikel relativ gut verstanden ist, herrschen in praktischen Verbrennungssystemen stark turbulente Bedingungen, die das Zündverhalten erheblich beeinflussen.

Die Studie untersuchte die Zündung von Eisenpartikeln in einem turbulenten Strahl, der einer plasmaerwärmten Mitschwungströmung ausgesetzt war. Die Ergebnisse zeigten, dass die Trägheit der Partikel eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Zündcharakteristika spielt. Es wurde beobachtet, dass kleinere Partikel in Richtung der turbulenten Scherschicht wanderten, wo sie früher und häufiger zündeten. Größere Partikel blieben näher an der Strahlmittellinie und wiesen geringere Zündwahrscheinlichkeiten auf. Darüber hinaus erhöhte eine steigende Partikeleinspritzrate die Zündwahrscheinlichkeit durch Wärmeübertragungseffekte zwischen den Partikeln.

Diese Erkenntnisse zeigen, wie die Partikelwanderung bei der Brennerkonstruktion strategisch genutzt werden kann, um Zündprozesse zu steuern und die Verbrennungsleistung zu verbessern. Der experimentelle Datensatz liefert zudem einen wertvollen Maßstab für die Validierung numerischer Modelle und unterstützt die Entwicklung zukünftiger Verbrennungssysteme mit Eisen als Brennstoff.

Die Zukunft der CO₂-freien Energie vorantreiben

Die Teilnahme unserer Forscher an der MeCRE 2026 unterstreicht das anhaltende Engagement des Instituts für die Weiterentwicklung nachhaltiger Energietechnologien. Durch die Vertiefung des grundlegenden Verständnisses der Verbrennung von Aluminium- und Eisenpartikeln tragen diese Studien zu dem wachsenden Wissensbestand bei, der erforderlich ist, um Metallbrennstoffe als tragfähigen Bestandteil zukünftiger Infrastrukturen für erneuerbare Energien zu etablieren.

Die Konferenz bot eine hervorragende Gelegenheit für wissenschaftlichen Austausch und Zusammenarbeit und unterstrich damit die Bedeutung interdisziplinärer Bemühungen zur Beschleunigung des Übergangs zu CO₂-neutralen Energiesystemen.