• FOR 2687-2 „ Zyklische Schwankungen in hochoptimierten wasserstoffbetriebenen Motoren:
  Experiment und Simulation einer Multiskalen-Wirkungskette"
• Exzellenzcluster 2186 „Fuel Science Center – Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen“
• Forschergruppe 2401 „Optimierungsbasierte Multiskalenregelung motorischer Niedertemperatur-Brennverfahren"

• Graduiertenkolleg GRK 1856 „Integrierte Energieversorgungsmodule für straßengebundene Elektromobilität" – mobilEM
• FOR 2687 „Zyklische Schwankungen in hochoptimierten Ottomotoren: Experiment und Simulation einer Multiskalen-Wirkungskette"
• Exzellenzcluster 236 „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse" TMFB
• Sonderforschungsbereich SFB 686 „Modellbasierte Regelung der homogenisierten Niedertemperatur-Verbrennung" (abgeschlossen 2014)
• Sonderforschungsbereich SFB 224 „Motorische Verbrennung" (abgeschlossen 1991)

Zyklische Schwankungen in hochoptimierten wasserstoffbetriebenen Motoren:
Experiment und Simulation einer Multiskalen-Wirkungskette

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Neben elektrifizierten Antrieben können wasserstoffbetriebene Verbrennungsmotoren eine mögliche kohlenstoffneutrale Lösung im Transportsektor darstellen, wenn der Wasserstoff durch Elektrolyse aus erneuerbaren Energien erzeugt wird. Das übergeordnete Ziel der Forschungsgruppe ist die systematische Analyse von zyklischen Schwankungen als Voraussetzung für die weitere Entwicklung und Optimierung von wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotoren.

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Wasserstoff erfordern die Weiterentwicklung bestehender Methoden und Modelle, die in der ersten Förderperiode entwickelt wurden. Dazu gehören die Verbrennungsmodellierung, experimentelle optische sowie thermodynamische Untersuchungen und eine Vorwärts- und Rückwärtsanalyse der Multiskalen-Wirkungskette.

Die zunehmende Verfügbarkeit nicht-fossiler Energietechnologien eröffnet beispiellose Chancen zur Neugestaltung der Schnittstellen energetischer und stofflicher Wertschöpfungsketten für eine nachhaltige Zukunft. Die Grundlagenforschung des Exzellenzclusters „Fuel Science Center – Adaptive Umwandlungssysteme für erneuerbare Energie- und Kohlenstoffquellen“ (FSC) schafft die Basis für die integrierte Umwandlung von erneuerbarer Elektrizität mit biomassebasierten Rohstoffen und CO₂ zu flüssigen Energieträgern mit hoher Energiedichte (Bio-hybrid Fuels), die eine hocheffiziente und saubere Verbrennung ermöglichen. Im FSC werden Erkenntnisse und wissenschaftliche Methoden erarbeitet, um die motorische Verbrennung fossiler Kraftstoffe durch adaptive Produktions- und Antriebssysteme auf Basis regenerativer Energie- und alternativer Kohlenstoffquellen unter dynamischen Randbedingungen zu ersetzen.

Optimierungsbasierte Multiskalenregelung motorischer Niedertemperatur-Brennverfahren

Die ökonomische und ökologische Energiebereitstellung stellt eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung dar. Zur Realisierung von hohen Wirkungsgraden bei gleichzeitig niedrigen Schadstoffemissionen untersucht die FOR2401 die zukunftsträchtige Niedertemperaturverbrennung (NTV).

Zur erfolgreichen Realisierung der Multiskalenregelung müssen grundlegende Forschungsfragen aus den Disziplinen Chemie, Verbrennungstechnik, Motorenforschung, Regelungstechnik und Numerik geklärt werden. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden maßgeschneiderte regelungstechnische Methoden entwickelt, die auf Echtzeitoptimierung basieren und die Kontrolle auf einer kleineren als der aktuell möglichen Zeitskala erlauben. Die Forschung erfolgt im engen Schulterschluss zwischen Natur- und Ingenieurswissenschaftler/innen der Universität Bielefeld, der Universität Freiburg und der RWTH Aachen University.