Masterarbeit - Wie günstig kann Power-to-X werden? Cost-Floor-Abschätzung von Investitionskosten Hochtemperaturelektrolyse-basierter PtX-Prozesse

Masterarbeit - Wie günstig kann Power-to-X werden? Cost-Floor-Abschätzung von Investitionskosten Hochtemperaturelektrolyse-basierter PtX-Prozesse

Im Institute of Energy Technologies – Grundlagen der Elektrochemie (IET-1) forschen wir zu hochaktuellen Themen rund um die Energiewende und den Strukturwandel. Dabei beschäftigen wir uns zum Beispiel mit der Batterie der Zukunft und erforschen neuartige Batteriekonzepte. Wie man das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) vom Klimakiller zum Rohstoff der Zukunft machen könnte, ist ein weiteres spannendes Projekt, mit dem wir uns befassen. Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind kostengünstige Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseure mit verbesserter Energie- und Leistungsdichte, längerer Lebensdauer und maximaler Sicherheit! Von zunehmender Wichtigkeit ist für uns die auf erneuerbaren Energiequellen basierende Wasserstoffproduktion mittels Hoch- und Niedertemperatur-Elektrolyse. Hier erfahren Sie mehr über unsere Mission und zukunftsweisenden Projekte: https://go.fzj.de/iet-1

Vertragsart: Vollzeit

Angebot

Sinnstiftende Aufgaben: Ihre Abschlussarbeit behandelt ein zukunftsorientiertes, gesellschaftlich relevantes Thema mit unmittelbarem Praxisbezug in einem internationalen Umfeld

Praxisnähe: Bei uns sammeln Sie wertvolle Praxiserfahrungen neben dem Studium und wirken aktiv an interdisziplinären Projekten mit

Wissenschaftliches Umfeld: Sie erwartet eine exzellente wissenschaftliche Ausstattung, moderne Technologien und eine qualifizierte Betreuung durch erfahrene Kolleg:innen

Einstieg & Zusammenarbeit: Freuen Sie sich auf die Zusammenarbeit in einem engagierten, internationalen und kollegialen Team. Uns ist es wichtig, dass Sie schnell im Team ankommen und strukturiert in Ihre Aufgaben eingearbeitet werden. Zudem begleiten wir Sie von Beginn an und erleichtern Ihnen den Start durch unsere Welcome Days und unseren Welcome Guide

Work-Life-Balance: Optimale Bedingungen für die Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben sowie eine familienfreundliche Unternehmenspolitik. Die Möglichkeit zum (orts-)flexiblen Arbeiten ist grundsätzlich nach Abstimmung und im Einklang mit den anstehenden Aufgaben und (Vorort-)Terminen gegeben

Flexibilität: Flexible Arbeitszeitgestaltung erleichtert Ihnen die Vereinbarkeit mit dem Studium

Gesundheit & Wohlbefinden: Ihre Gesundheit liegt uns am Herzen. Freuen Sie sich auf ein umfangreiches betriebliches Gesundheitsmanagement mit vielfältigen Angeboten – z. B. durch Beachvolleyball-Platz, Laufgruppen, Yoga-Kurse und vieles mehr. Zusätzlich stehen Ihnen unser betriebsärztlicher Dienst sowie ein erfahrenes Team der Sozialberatung direkt vor Ort zur Seite

Campus-Erlebnis: Unser Forschungscampus im Grünen schafft ideale Bedingungen für kollegialen Austausch und sportlichen Ausgleich direkt vor Ort. In unserer Kantine erwartet Sie ein vielfältiges Angebot – Ihre Mittagspause können Sie entspannt mit Seeblick genießen

Faire Vergütung: Ihre Abschlussarbeit wird bei uns angemessen vergütet Neben spannenden Aufgaben und einem kollegialen Miteinander bieten wir Ihnen noch viel mehr: https://go.fzj.de/Benefits

Aufgaben

Die techno-ökonomische Analyse (TEA) ist ein essenzielles Instrument, um vielversprechende Power-to-X (PtX) Pfade zu identifizieren. Ein wichtiger Bestandteil der TEA ist die Abschätzung von Capital Expenditures (CAPEX), welche die Herstellungskosten eines Produktes bezogen auf den gesamten Anlagenlebenszyklus maßgeblich beeinflussen können. Die Schwierigkeit besteht insbesondere darin, dass CAPEX je nach Skalierung und Produktionsoptimierung um Größenordnungen variieren können. Ein starkes Skalierungs- und Optimierungspotenzial wurde historisch beispielsweise bei der drastischen Reduktion von Stromgestehungskosten (LCOE) basierend auf Photovoltaik oder bei Batteriespeichersystemen gehoben. Ein Anhaltspunkt zur Abschätzung von CAPEX, die potenziell angenähert werden können, bietet die Berechnung einer unteren harten Grenze rein basierend auf den Rohstoffkosten („Material Cost Floor“). Ergänzend kann die Abschätzung um die Kosten von thermodynamisch unvermeidbaren Energieaufwänden bei der Herstellung der Anlagenelemente erweitert werden. Der Fokus der Arbeit liegt insbesondere auf den Investitionskosten der Anlagentechnik und Komponenten von PtX-Prozessen, die auf der Hochtemperaturelektrolyse (SOEC) basieren. Diese SOEC-basierten Prozesse sind aufgrund der hohen Energieeffizienz besonders interessant, werden aber wegen der komplexeren Anlagenperipherie oftmals als CAPEX-intensiv betrachtet. Jedoch sorgt die Unabhängigkeit von seltenen Materialien, wie z.B. Edelmetallen, dafür, dass eine Skalierung zu deutlichen Kostensenkungen führen könnte. Die Abschätzung der unteren CAPEX-Grenze von verschiedenen Prozesskonfigurationen anhand des Material Cost Floors, insbesondere unter Mitberücksichtigung der Komponenten der Anlagenperipherie, ermöglicht einen Vergleich zwischen unterschiedlichen Prozessdesigns, welcher aus First-Principles Betrachtungen hergeleitet ist. Zudem ermöglicht die Berechnung der unteren CAPEX‑Grenzen die Identifikation von CAPEX-Reduktionspotenzialen.

Identifikation von zu bewertenden Prozesskonfigurationen anhand von bestehenden Ansätzen der techno-ökonomischen Analyse (TEA)

Entwicklung der Abschätzungsmethodik der unteren CAPEX-Grenze mittels Analyse des Material Cost Floor und gegebenenfalls minimal nötiger Herstellungsenergie

Gegenüberstellung mit gängigen CAPEX-Abschätzungsmethoden aus der Literatur und mit aktuellen Marktpreisen ausgewählter Komponenten

Vergleich der Abschätzung verschiedener Prozesskonfigurationen

Identifikation von CAPEX-Reduzierungspotenzialen

Erweiterung von bestehenden TEA-Ansätzen durch Implementierung der entwickelten CAPEX-Abschätzung

Dokumentation der Ergebnisse

Profil

Laufendes Masterstudium im Bereich Maschinenbau, Produktionstechnik, Verfahrenstechnik oder Wirtschaftsingenieurwesen mit entsprechender fachlicher Vertiefung beziehungsweise in einem vergleichbaren Studiengang

Ausgeprägtes Interesse an techno-ökonomischen Fragestellungen und der wirtschaftlichen Bewertung technischer Prozesse

Gute Kenntnisse in Python, insbesondere für Datenanalyse und Modellierung

Vorkenntnisse in den Bereichen Elektrochemie, Hochtemperaturelektrolyse (SOEC) oder Power-to-X sind von Vorteil

Sorgfältige, strukturierte und eigenverantwortliche Arbeitsweise

Ausgeprägte Kommunikations- und Teamfähigkeit sowie Freude an der interdisziplinären Zusammenarbeit

Sehr gute Englischkenntnisse, sowohl mündlich als auch schriftlich (mindestens C1-Niveau nach dem GeR), und gute Deutschkenntnisse (B2)

Über uns

Wir freuen uns über Bewerbungen von Menschen mit vielfältigen Hintergründen, z.B. hinsichtlich Alter, Geschlecht, Behinderung, sexueller Orientierung / Identität sowie sozialer, ethnischer und religiöser Herkunft. Ein chancengerechtes, diverses und inklusives Arbeitsumfeld, in dem alle ihre Potentiale verwirklichen können, ist uns wichtig. Über die folgenden Links erhalten Sie weitere Informationen zu Vielfalt und Chancengerechtigkeit: https://go.fzj.de/diversitaet sowie zur gezielten Förderung von Frauen: https://go.fzj.de/job-journey-women