2026-03-022026-03-02https://hdl.handle.net/11420/61806Der Klimawandel erfordert einen Wechsel von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien. Aufgrund der unstetigen Verfügbarkeit von Energiequellen wie Sonne und Wind werden neue Energieträger benötigt für eine dezentrale, langfristige Speicherung und Transport. Eisenpulver hat sich als sauberer, sicherer und günstiger Energieträger etabliert, insbesondere wegen seiner hohen volumetrischen Energiedichte. Es setzt chemische Energie durch Oxidation mit Luft oder Reaktion mit Wasser frei und erzeugt dabei Hochtemperaturwärme und/oder Wasserstoff. Das entstehende Eisenoxid kann durch chemische Reduktion mit grünem Wasserstoff wieder zu Eisen regeneriert werden (H2-DRI). Dieser zyklische Oxidations-Reduktions-Prozess, bekannt als Iron Power Cycle, schafft eine kreislauffähige, CO2-freie Energiewirtschaft. Während die Entwicklung der Eisenverbrennung mit Demonstrationen von Wirbelschichtkesseln im MW-Maßstab rasch vorangeschritten ist, hinkt die Entwicklung der Technologie zur Regeneration von grünem Eisenpulver (Eisenoxidreduktion) hinterher. Dieser Projektantrag konzentriert sich auf die Herausforderungen der Regeneration/Reduktion in Wirbelschichten. Wirbelschichten finden u.a. Anwendung und pharmazeutischen Industrie und der Verbrennungstechnik. Aufgrund hoher Wärme- und Stoffübergangsraten zwischen Gasen und Feststoffen ist sie sehr attraktiv und wurde bereits vorläufig für den Regenerierung im Iron Power Cycle untersucht. Das Ziel dieses Projekts ist es, das grundlegende Verständnis reaktiver, kohäsiver Partikelströme im H2-Eisenherstellungsprozess in Wirbelschichten für die industrielle Anwendung des Iron Power Cycle zu erweitern. Mit einem neuartigen Versuchsaufbau werden erstmals die Kollision und das resultierende Sintern von laserbeheizten Partikeln mit zwei Hochgeschwindigkeitskameras gemessen. Darüber hinaus wird für H2-DRI-Prozess untersucht, welche Form der Wirbelschicht die höchste Effizienz aufweist. Es werden die blasenbildende Wirbelschicht, Strahlschicht und zirkulierende Wirbelschicht verglichen. Dadurch werden erstmalig Daten zur Kollision kohäsiver Partikel und zur reaktiven Gas-Feststoff-Strömungsdynamik in verschiedenen Wirbelschichten geliefert, die für die Entwicklung und Validierung numerischer Modelle unerlässlich sind. Schließlich sollen numerische Werkzeuge mit generischen Modulen entwickelt werden, die über dieses Projekt hinaus für breite Anwendungen von Gas-Feststoff-Strömungen mit chemischen Reaktionen einsetzbar sind. Trotz der Fokussierung auf die wissenschaftliche Wirkung, wird dieses Projekt langfristig auch Einflüsse auf die technologische Entwicklung (TRL-Erhöhung) und die Anwendung des Iron Power Cycle sowie der grünen Stahlherstellung haben. Die Forschung verfolgt einen kombinierten experimentellen und numerischen Ansatz. An der TUHH liegt der Schwerpunkt auf Experimenten. An der TU/e liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung numerischer Modelle und Simulationen.Climate change necessitates an energy transition from fossil fuels to renewable energy. Due to fluctuating availability of energy resources such as solar and wind, the global energy transition requires innovative energy carriers for decentralized, long-term, and long-distance storage and transportation to complement the future energy mix. Iron powder has emerged as a clean, safe, and cost-effective energy carrier, particularly because of its high (volumetric) energy density. It releases chemical energy through oxidation with air or reaction with water, generating high-temperature heat and/or hydrogen. The resultant iron oxide powder can be regenerated into iron via chemical reduction using (green) hydrogen generated from renewable energy. This cyclical oxidation-reduction process, known as the Iron Power Cycle, establishes a circular, CO2-free energy economy. While development of iron combustion technology has grown rapidly with MW-scale fluidized bed boiler demonstration, development of green iron fuel regeneration (iron oxide reduction) technology is lagging. This proposal focuses on the regeneration/reduction challenges in fluidized beds. Fluidization technology has a wide application in chemical engineering, energy conversion, and pharmaceuticals production. Because of its advantage in high heat and mass transfer rates between the fluid phase and solid phase, it is very attractive and has been preliminarily investigated for the regeneration process in the Iron Power Cycle. The aim of this project is to leverage the fundamental understanding of reactive, cohesive particulate flows in fluidized bed H2-ironmaking process towards the industrial application of Iron Power Energy Cycle. With a novel experimental setup for the first time, the collision and consequent sintering of laser heated particles will be measured with two high-speed cameras. Furthermore, the most suitable fluidized bed configuration for this H2-DRI process will be examined. The fluidization regimes to be investigated include bubbling regime, spouted fluidization and fast fluidization. The experiments will provide datasets of cohesive particle collision and reactive gas-solid flow dynamics in different fluidization regimes, which are essential for development and validation of numerical models. Finally, effective numerical tools with generic modules should be established which are applicable beyond this project towards wide applications involving dense gas-solid flows with phase transition and chemical reactions. Despite a focus on scientific impact, this project will, in the long term, also generate impact on technological development (increasing TRL) and implementation of the Iron Power Cycle as well as green steelmaking. The research employes a combined experimental and numerical approach. At Hamburg University of Technology, the work focuses on experiments. At Eindhoven University of Technology, the focus will be on numerical model development and CFD-DEM simulations.