ETSi-WISSENSCHAFTLICHER ARTIKEL DES VIERTELPREISES FEHLGESCHLAGEN: JANUAR-MÄRZ 2024 

Die Jury des Preises für den wissenschaftlichen Artikel des Viertels der Higher Technical School of Engineering (ETSi): Januar-März 2024, bestehend aus Emilio Freire Macías, Alfonso Miguel Gañán Calvo, Juana María Mayo Núñez, Consuelo Arahal Junco, Lourdes García Rodríguez und Alejandro Carballar Rincón tauschten die Mitglieder der Jury nach der Bewertung der für den Preis eingereichten Artikel ihre Meinungen aus und stimmten darin überein, die hohe Qualität aller Veröffentlichungen zu bewerten.

Nach entsprechenden Beratungen, bei denen Kriterien auf der Grundlage verschiedener bibliometrischer Indikatoren berücksichtigt werden, beschließt die Jury einstimmig unter ihren Mitgliedern, den Preis für den wissenschaftlichen Artikel des Quartals der ETSi: Januar-März 2024 ex aequo zu vergeben folgende Jobs:

„Ein semianalytischer Matrixformalismus für Spannungssingularitäten in anisotropen Multimaterialecken mit Reibungsgrenz- und Grenzflächenbedingungen“, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 129, Februar 2024, S. 104160. DOI: 10.1016/j.tafmec.2023.104160, deren Autoren María Ángeles Herrera Garrido, Vladislav Mantič Lescisin und Alberto Barroso Caro sind.

„Ein flexibles thermochemisches Methanol-zu-Methan-Energiespeichersystem (TCES) für die Stromerzeugung mit Gasturbinen (GT), Applied Energy, vol. 356, 15. Februar 2024, S. 122398. DOI: 10.1016/j.apenergy.2023.122398, dessen Autoren Diego Antonio Rodríguez Pastor, Alejandra García Guzmán, Israel Marqués Valderrama, C. Ortiz, Elisa Carvajal Trujillo, José Antonio Becerra Villanueva, Víctor Manuel Soltero Sánchez und Ricardo Chacartegui Ramírez sind.
 

In der Arbeit mit dem Titel „Ein semianalytischer Matrixformalismus für Spannungssingularitäten in anisotropen Multimaterialecken mit Reibungsgrenz- und Grenzflächenbedingungen“ wird die Entwicklung eines Rechencodes in MATLAB basierend auf einem semianalytischen Verfahren zur Charakterisierung elastischer singulärer Lösungen in ein- Material- oder Multimaterial-anisotrope Ecken durch asymptotische Reihenentwicklung.

Dieses allgemeine Werkzeug ist in der Lage, sowohl offene als auch geschlossene (periodische) Ecken zu analysieren, die aus einem oder mehreren Materialien mit isotropen, transversal isotropen oder orthotropen Stoffgesetzen bestehen, und deckt sowohl mathematisch nicht entartete als auch entartete Materialien im Rahmen des Stroh-Formalismus ab.

Die Variabilität der abgedeckten Konfigurationen ist enorm, da neben einer Vielzahl homogener oder Reibungsrandbedingungen auch die Möglichkeit besteht, perfekt geklebte Grenzflächenbedingungen einzuführen und mit oder ohne Reibung zu gleiten. Bei Kontakt mit Reibung wird das Coulombsche Kontaktgesetz durch Reibung angenommen. Eine der Neuerungen besteht darin, dass zusätzlich zum Singularitätsexponenten λ auch der Winkel ω des durch Reibung an jeder Kontaktfläche verursachten Tangentialspannungsvektors durch Lösung eines nichtlinearen Eigenwertsystems berechnet werden muss, da es sich um einen a priori unbekannten Wert handelt .

Das Verfahren basiert auf Strohs anisotropem Elastizitätsformalismus unter der Annahme verallgemeinerter ebener Verformungsbedingungen (2,5D) und auf dem semianalytischen Matrixformalismus für Keiltransfermatrizen und Matrizen von Rand- und Grenzflächenbedingungen. Dies macht es zunächst einmal sehr gut für rechnerische Implementierungen geeignet; zweitens sehr effizient, insbesondere in Fällen, in denen mehrere homogene Keile perfekt miteinander verbunden sind; und drittens aufgrund seines völlig semianalytischen Charakters sehr präzise. Der entwickelte Code wurde durch die Lösung einer Vielzahl von Beispielen verifiziert und die erhaltenen Ergebnisse mit denen verglichen, die durch die zuvor von anderen Autoren für spezifische Konfigurationen abgeleiteten analytischen Ausdrücke erhalten wurden, was die extrem hohe Präzision des vorliegenden Codes bei der Berechnung von λ und ω bestätigte . Die in einigen Fällen bei anisotropen Materialien beobachteten Unterschiede lassen sich dadurch erklären, dass einige der früheren Autoren das echte 3D-Coulomb-Reibungsgesetz nicht berücksichtigt haben. Nach umfassender Überprüfung wurde das Tool in Python übersetzt und ist nun für die wissenschaftliche Gemeinschaft über die SingSol Web-APP unter https://www.germus.es/corner-singularity-app/ zugänglich.

Die Studie „Ein flexibles thermochemisches Methanol-zu-Methan-Energiespeichersystem (TCES) für die Stromerzeugung mit Gasturbinen (GT)“ stellt eine innovative Lösung zur Bekämpfung der Volatilität auf dem Erdgasmarkt und der zunehmenden Einführung erneuerbarer Energiequellen im Energiesektor vor . Das vorgeschlagene System nutzt erneuerbares Methanol (CH₃OH) über seinen Zwischenschritt zu Synthesegas (CO/H₂) für dessen Umwandlung in Methan (CH₄) und bietet thermochemische Speicherstrategien (Laden/Entladen) und Energiekonzentration im Solarbereich. Die vorgeschlagene Konfiguration ist äußerst flexibel und an bestehende Industrien anpassbar und ermöglicht eine Verringerung der Abhängigkeit von importiertem Erdgas und deren Ersatz durch grünes Methanol, ohne den Industriepark zu verändern.

Die Beladungsphase besteht aus der thermischen Zersetzung von Methanol bei moderaten Temperaturen (unter 350 °C) mit kommerziellen Cu/ZnO-Katalysatoren. Das erzeugte Synthesegas wird auf 40 bar komprimiert, gespeichert und in der Methanisierungsphase ausgetragen, wo bei hohen Temperaturen (über 500 °C) und mit Reaktionswärme Methan entsteht, das in anderen Prozessen energetisch genutzt werden kann. Das entstehende Methan wird als Treibstoff für Gasturbinen verwendet und kann auch als Rohstoff in der chemischen Industrie dienen.

Die durchgeführten Simulationen erreichen globale Systemwirkungsgrade von über 29 % und Round-Trip-Wirkungsgrade von 44 %. Durch die Optimierung der Reaktionsbedingungen werden Levelized Fuel Costs (LCOF) von 172 €/MWh und zukünftige LCOE-Werte von 145 €/MWh erzielt, Werte, die derzeit mit anderen ausgereifteren Technologien konkurrenzfähig sind. Diese Ergebnisse liefern eine innovative Strategie im Bereich der thermochemischen Speicherung und deren Integration in Gasturbinenkreisläufe sowie neue Umwandlungswege für grünes Methanol, einen Vektor beginnenden Wachstums.