Projektbeschreibung

Die Reinigung industrieller Abgase von Schadstoffen und Treibhausgasen erfolgt hauptsächlich in katalytischen beschichteten Monolith Reaktoren. Die Reaktion am katalytisch aktiven Zentrum wird stark durch Wärme- und Speziestransportlimitierungen beeinflusst. Daher birgt die Optimierung der Monolith Geometrie (z. B. Kanalgröße und -form) und der Morphologie der Katalysatorbeschichtung (z. B. Porositätsprofil, Porendurchmesser, Lage der katalytisch aktiven Stellen) ein großes Potenzial zur Verbesserung der Leistung von Reaktoren zur Abgaskontrolle.

Die räumlich aufgelöste Modellierung des Systems kann wesentlich zu einem besseren Prozessverständnis beitragen und ist ein notwendiger Schritt auf dem Weg zur computergestützten Reaktor- und Katalysatorentwicklung. Innerhalb dieser Reaktoren laufen allerdings Vorgänge auf unterschiedlichen Größen- und Zeitskalen ab, was deren Modellierung anspruchsvoll gestaltet.

Um das komplexe Zusammenspiel dieser Vorgänge besser zu verstehen, wird im Rahmen des Projektes ein hierarchisches Multiskalenmodell für die Simulation von technischen Katalysatoren und zugehöriger Reaktoren für die Emissionsminderung entwickelt, welches die Reaktor-, die Makroporen- und die Mesoporen-Skala erfasst. Separate, hochauflösende Simulationen repräsentativer Abschnitte und Zeiträume dienen der Ableitung recheneffizienter Ersatzmodelle, mittels derer die unterschiedlichen Skalen anschließend gekoppelt werden (siehe Abbildung 1).

Schlussendlich wird damit die Möglichkeit geschaffen, das Verhalten von Reaktoren und technischen Katalysatoren in detaillierter Weise bereits im Voraus berechnen zu können, um die Entwicklung von neuen, nachhaltigen Lösungen zu unterstützen. Das Forschungsvorhaben ist Teil des Sonderforschungsbereichs 1441 TrackAct und wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.