Untersuchung des Einflusses technologischer Innovationen auf Stoffströme am Beispiel von Vanadium für Redox-Flow-Batterien. Jochen Nühlen
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      UMSICHT-Schriftenreihe Band 91

      Jochen Nühlen

      Untersuchung des Einflusses technologischer

       Innovationen auf Stoffströme am Beispiel von

       Vanadium für Redox-Flow-Batterien

      Verlag Karl Maria Laufen

      Kontaktadresse

      Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik

      UMSICHT

      Osterfelder Str. 3

      46047 Oberhausen

Telefon 0208 8598-1201
Telefax 0208 8598-1228
E-Mail [email protected]
URL www.umsicht.fraunhofer.de

      D 294

      Zugl.: Bochum, Univ. Diss., 2020

      Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

      Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

      ISBN E-Book epub 978-3-87468-438-5

      ISBN E-Book mobi 978-3-87468-439-2

      Warenzeichen und Handelsnamen in dieser Publikation sind geschützt. Für Zitate und Bezugnahmen direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien übernimmt der Verlag keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität.

      © Verlag Karl Maria Laufen

      Oberhausen 2021

       www.laufen-online.com

      Vanadium wird aktuell hauptsächlich in Eisen- und in Nichteisen-Legierungen als Legierungselement genutzt. Eine potenziell relevante neue Anwendung für das Element ist die Nutzung als aktives Material in Redox-Flow-Batteriespeichern. Die Dissertation betrachtet die Gewinnung eines Vanadiumelektrolyten aus dem bei der Titandioxidproduktion mittels Sulfatverfahren anfallenden Filtersalzes des Dünnsäurerecyclings. Auf Grundlage der Arbeitshypothese der Marktverfügbarkeit wird die technologische Innovation mittels eines qualitativen und eines quantitativen Stoffstrommodells, einer Szenarioanalyse und eines fiktiven Modellstandorts der Titandioxidproduktion auf seinen Einfluss auf das anthropogene Vanadiumstoffstromsystem untersucht. Die Szenario- und Stoffstromanalyse identifiziert den Stoffstrom und das Gewinnungsverfahren als Verbreiterung der Rohstoffbasis, die zur Deckung des VRFB-Speicherbedarfs beitragen kann, ohne Zielkonflikte mit bestehenden Vanadium-Anwendungen hervorzurufen.

      Fraunhofer UMSICHT ist Wegbereiter einer nachhaltigen Energie- und Rohstoffwirtschaft durch den Transfer wissenschaftlicher Erkenntnisse in Unternehmen, Gesellschaft und Politik. Wir erforschen und entwickeln gemeinsam mit Partnern nachhaltige Produkte, Prozesse und Dienstleistungen. In unseren Projekten fragen wir uns: Wie können wir Klima und Umwelt schützen? Wie schonen wir Ressourcen? Wie verbessern wir Prozesse oder Produkte? Wir überlegen, was sich verändern muss und was wir dafür tun können. Wir schätzen Kosten ab, beraten und zeigen Lösungen auf.

      Als eins von 74 Instituten und Forschungseinrichtungen der Fraunhofer-Gesellschaft, der führenden Organisation für angewandte Forschung in Europa, sind wir weltweit vernetzt und fördern die internationale Zusammenarbeit.

       Untersuchung des Einflusses technologischer Innovationen auf Stoffströme am Beispiel von Vanadium für Redox-Flow-Batterien

      Dissertation

      zur

      Erlangung des Grades

      Doktor-Ingenieur

      der

      Fakultät für Maschinenbau

      der Ruhr-Universität Bochum

      von

       M.Sc. Jochen Nühlen

      aus Duisburg

      Bochum 2020

Dissertation eingereicht am: 09.06.2020
Tag der mündlichen Prüfung: 17.07.2020
Erstgutachter: Prof. Dr.-Ing. Eckhard Weidner
Zweitgutachter: Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Deike

       Danksagung

      Die vorliegende Dissertation entstand berufsbegleitend während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen. Die Anfertigung dieser Arbeit zwischen Mai 2017 und Mai 2020 wäre ohne die Unterstützung der mich betreuenden Professoren und meiner Kolleginnen und Kollegen bei Fraunhofer UMSICHT nicht möglich gewesen.

      Mein Dank für die fachlichen Diskussionen und die Betreuung gilt dabei in erster Linie meinem Institutsleiter und Erstgutachter Prof. Dr.-Ing. Eckhard Weidner, Lehrstuhlinhaber für Verfahrenstechnische Transportprozesse an der Ruhr-Universität Bochum. Ebenso gilt mein Dank Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Deike, Inhaber des Lehrstuhls für Metallurgie der Eisen- und Stahlerzeugung an der Universität Duisburg-Essen für seine Unterstützung und die Übernahme des Zweitgutachtens.

      Insbesondere danke ich Dr.-Ing. Markus Hiebel und Simone Krause für die Schaffung der benötigten Freiräume bei der Erstellung dieser Arbeit neben dem Beruf, die fachliche und organisatorische Hilfe und vielen motivierenden Ratschläge und Gespräche. Dr. Maurits van den Berg danke ich herzlich für den konstruktiven fachlichen Austausch und die Diskussionen im Bereich der Titandioxidproduktion. Kerstin Hölscher danke ich für Ihre Unterstützung durch die Übernahme des Lektorats.

      Gedankt sei vor allem auch Dr.-Ing. Asja Mrotzek-Blöß, Dr.-Ing. Heiko Lohmann und Dr.-Ing. Nils Thonemann, die mir sowohl mit ihrem Fachwissen als auch mit ihrem freundschaftlichem Rat sowie Hingabe zur geistigen Zerstreuung zur Seite standen. Ebenso danke ich Daniel Norgren.

      Nicht unerwähnt bleiben sollen die Studierenden, die diese Arbeit in unterschiedlichen Zeitabschnitten unterstützt haben: Svenja Dobbert, Kerstin Hagemann, Dennis Emil Tauschnik, Simon Philipp Küppers, Andreas Eiben, Namican Tüleyli und Stefan Wilms.

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