Studierende entwickeln Modelle, um den chemischen Prozess erneuerbarer Kraftstoffe besser zu verstehen

Eine Gruppe von Bachelor-Studenten der TU Delft hat im Rahmen des Nebenfachs Computational Science and Engineering ein neues Modell entwickelt, das die molekularen Eigenschaften von Alkanen genau vorhersagt. Dieses Wissen ist entscheidend für die Entwicklung erneuerbarer Kraftstoffe. Das Modell wird mittlerweile regelmäßig von Wissenschaftlern verwendet und hat auch zu einer Veröffentlichung In Das Journal of Physical Chemistry B.

Kraftstoffe und Chemikalien aus erneuerbaren Quellen werden in Zukunft zum Standard werden. Doch im Produktionsprozess müssen noch viele technologische Hürden überwunden werden.

„Für nachhaltigen Flugtreibstoff eignen sich kürzere Alkane, also Kohlenwasserstoffmoleküle, aufgrund ihrer günstigen molekularen Eigenschaften hervorragend“, erklärt Thijs Vlugt, Professor für Technische Thermodynamik. „Die Spaltung von langen Alkanen in kurze Alkane in Zeolithen, einem Stoff mit Nanoporen, ist essentiell, aber wir verstehen noch nicht ganz, was dabei passiert.“

Vier Bachelorstudierende im Nebenfach Computational Science and Engineering widmeten sich zusätzlich zu ihren regulären Lehrveranstaltungen sechs Monate lang dieser Herausforderung. „Unser Ziel war es, ein Modell zu entwickeln, das die Eigenschaften längerer Alkane genauer vorhersagen kann, da über sie wenig bekannt ist“, sagt Josh Sleijfer, einer der Studenten.

„Bestehende Modelle konzentrieren sich hauptsächlich auf die Kohlenstoffatome im Molekül und ihre unmittelbaren Nachbarn, aber wir gingen noch einen Schritt weiter und betrachteten auch die ‚Nachbarn der Nachbarn‘.“ Dieser breitere Ansatz ermöglicht es uns, viel genauere Vorhersagen zu treffen.“

Das Modell ist für Vlugts Forschung von unschätzbarem Wert. „Es gibt eine riesige Zahl möglicher Strukturen für Alkane. Wenn das Molekül 20 Kohlenstoffatome enthält, bedeutet das, dass fast eine Viertelmillion Variationen des Moleküls möglich sind. Das ist einfach zu viele, um sie zu messen.“ Ein Computermodell, das die Eigenschaften all dieser möglichen Alkane vorhersagen kann, ist daher sehr willkommen.

„Durch ein besseres Verständnis des Umwandlungsprozesses in Zeolithen können wir den Produktionsprozess optimieren und so bessere erneuerbare Kraftstoffe entwickeln“, sagt Vlugt.

Neue Perspektive

Sleijfer, der einen Bachelor-Abschluss in Angewandter Mathematik und Angewandter Physik hat, wusste zunächst wenig über chemische Reaktionen oder den Kontext der Forschung. „Es hat einige Zeit gedauert, bis ich ganz verstanden hatte, worum es ging, aber als der Groschen fiel, ergab alles einen Sinn“, sagt er.

Vlugt schätzt die vielfältigen Hintergründe der Studierenden und ihre frische, aufgeschlossene Herangehensweise an das Thema. „Es fordert Sie als Betreuer heraus, die Aufgabe gründlich und klar zu erklären, was der Forschung nur zugute kommt.“

Ein nützlicher Beitrag zur Forschung

Die Bemühungen der Gruppe, zu der auch Jeroen op de Beek, Stach van der Zeeuw und Daniil Zorzos gehörten, führten schließlich zu einer Veröffentlichung. Darauf ist Sleijfer sehr stolz. „Obwohl das Projekt etwas mehr Zeit in Anspruch nahm, hat mich die Tatsache, dass unsere Ergebnisse tatsächlich nützlich waren, äußerst motiviert. In einem Bachelor-Projekt arbeitet man oft für die eigene Lernerfahrung, aber diese Projekte waren so konzipiert, dass sie tatsächlich einen nützlichen Beitrag zum laufenden Projekt leisten.“ Forschung.“

Nur wenige Studenten können von sich behaupten, vor Beginn ihres Masterstudiums eine Veröffentlichung auf ihren Namen zu veröffentlichen. Sleijfer macht derzeit einen gemeinsamen Master in Computersimulationen für Naturwissenschaften und Technik, während das Modell seiner Gruppe regelmäßig in Vlugts Forschungsgruppe verwendet wird. „Wir denken jetzt darüber nach, das Modell auf andere Größen auszudehnen. Vielleicht ist das eine weitere interessante Herausforderung für ein neues Studententeam“, sagt Sleijfer.