Konsistente Beschreibung von Wasserstoff-Hydraten und deren Verhalten in Gemischen mit mehreren hydratbildenden Komponenten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roland Span
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496428688

Ziel des hier beantragten Projektes ist die Entwicklung eines Hydratmodells, das die Bildung von Wasserstoff-Hydraten in reiner Form und im Gemisch mit anderen hydratbildenden Komponenten in hoher Genauigkeit und konsistent zu genauen empirischen Gemischmodellen für die fluiden Phasen beschreibt. Dazu muss ein in den letzten Jahren vom Antragsteller und mit ihm kooperierenden Gruppen entwickeltes Modell wesentlich erweitert werden. So muss für Wasserstoff-Hydrate z.B. eine Vierfachbelegung von Kavitäten berücksichtigt werden – für andere Hydratbildner treten maximal Doppelbelegungen auf. Besondere Bedeutung hat die Bildung von Wasserstoff-Hydraten im Gemisch mit anderen Hydratbildnern. Das vom Antragsteller und den mit ihm kooperierenden Gruppen etablierte Modell beschreibt gemischte Hydrate in hoher Genauigkeit rein prädiktiv auf Basis einer linearen Mischungsregel für einen einzigen stoffspezifischen Parameter. Dieser Ansatz erfordert aber eine identische Struktur der für verschiedene Hydratbildner verwendeten Modelle; diese Bedingung wird Wasserstoff aufgrund der multiplen Belegung kleiner und großer Kavitäten nicht erfüllen. Damit werden auch grundsätzlich neue Ansätze für die Modellierung gemischter Hydrate erforderlich. Die Tatsache, dass Wasserstoff in Kombination mit bestimmten Promotoren Hydrate der Struktur sH bildet, während reiner Wasserstoff sII Hydrate bildet, macht die Anpassung eines Modells für Wasserstoff in sH Hydraten an Daten für konkurrierende Hydratbildung ausgehend von einem Gemisch mit mehreren Hydratbildnern notwendig – ein Ansatz der numerisch sehr anspruchsvoll ist. Bei der Anpassung der Modellparameter müssen neue Wege beschritten werden, die im Erfolgsfall aber auch die Beschreibung von Gleichgewichten aus Gemischen anderer hydratbildender Komponenten verbessern werden. Schließlich ist bei der Bildung von Wasserstoff-Hydraten die Kinetik des Prozesses von besonderer Bedeutung. Auf Basis des neuen Hydratmodells und ausgehend von etablierten Ansätzen soll die Kinetik der Hydratbildung unter Nutzung von Differenzen der chemischen Potentiale der beteiligten Phasen beschrieben werden. Mit Dr. Václav Vinš vom Institute Thermomechanics der tschechischen Akademie der Wissenschaften besteht seit langem eine intensive Zusammenarbeit in Fragen der Hydratmodellierung. Dr. Vinš soll als Mercator-Fellow in das Projekt eingebunden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen