Bachelorprojekt/Masterprojekt: Verbesserung der Fluiddynamik einer mikrobiellen Elektrolysezelle

Die Entfernung aller organischen Verbindungen bei der Behandlung von Abwasserströmen bedingt derzeit noch einen hohen Energieverbrauch. Die in den chemischen Bindungen dieser organischen Moleküle gespeicherte Energie verbleibt meistens ungenutzt. Bisher wird nur ein Teil dieser Energie durch einen anaeroben Vergärungsprozess zurückgewonnen, der zur Produktion von methanreichem Biogas führt. Das neuartige Konzept der mikrobiellen Elektrolysezellen (MEC) kann die in den organischen Stoffen des Abwassers enthaltene chemische Energie für die Produktion hochwertiger Verbindungen wie beispielsweise Wasserstoff nutzen und gleichzeitig die Konzentration organischer Säuren verringern.

Die MEC befinden sich jedoch noch im Forschungsstadium, und es ist notwendig, ihre Leistung zu verbessern, um ihre volle kommerzielle Verfügbarkeit zu erreichen. Ein Teilaspekt der Optimierung, ist die Hydrodynamik im Inneren der MECs zur Verbesserung Stofftransports von und zu den Elektroden.

Dieses Bachelor-Projekt/ diese Bachelor-Arbeit zielt darauf ab, den Einfluss des Strömungsfeldes auf die Leistung der mikrobiellen Elektrolysezelle zu bestimmen und Verbesserungsstrategien zu aufzuzeigen und zu bewerten. Dazu werden verschiedene Diffusoren entworfen und durch Laserschneiden hergestellt. Anschließend werden die von diesen Diffusoren erzeugten Strömungsfelder unter Verwendung von Methylenblau als Tracer visualisiert, charakterisiert und die Verweilzeitverteilung des Tracers innerhalb der Zelle gemessen. Abbildung 1 zeigt ein beispielhaftes Experiment. Nach der Identifizierung der vielversprechendsten Diffusor-Variante werden zwei MECs getestet, eine Referenzzelle ohne Diffusor und eine mit dem ausgewählten Diffusor, um ihre elektrochemische Leistung zu vergleichen. Die elektrochemische Effizienz wird anhand von Experimenten mit Chronoamperometrie, zyklischer Voltammetrie und Polarisationskurven bewertet. Die Kontrolle der Experimente erfordert die Messung des pH-Werts, der optischen Dichte bei 600 nm, des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB), der organischen Säuren und der Leitfähigkeit, während die genaue Zusammensetzung durch Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) bestimmt werden soll. Daher suchen wir hochmotivierte Studenten, die Interesse haben auf dem Gebiet der Bio-Elektrochemie zu arbeiten und zur Entwicklung von mikrobiellen Elektrolysezellen beizutragen. Bewerber mit Kenntnissen in Biologie und Elektrochemie werden bevorzugt.

Sprache:

Englisch

Beginn:

Oktober 2022

Laufzeit:

6 Monate

BetreuerInnen:

Prof. Dr.-Ing. habil. Sven Kerzenmacher - kerzenmacherprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de

Dr. Ing. Ulrich Mießner - miessnerprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de

Dr. Óscar Santiago Carretero - santiagoprotect me ?!uni-bremenprotect me ?!.de

M.Sc. Marcos Isaac Vázquez Sánchez - ivazquez@uni-bremen.de