Der Gewinner des ETSi Scientific Article Award für das Quartal Januar-März 2024 wurde bekanntgegeben 

Die Jury des Preises für wissenschaftliche Artikel des Semesters 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 sich nach der Bewertung der für den Preis eingereichten Artikel aus Meinungen und einigten sich darauf, die hohe Qualität aller Veröffentlichungen zu schätzen.

Nach eingehender Beratung und unter Berücksichtigung von Kriterien, die auf verschiedenen bibliometrischen Indikatoren basieren, hat die Jury einstimmig beschlossen, den ETSi-Preis für den wissenschaftlichen Artikel des Quartals: Januar-März 2024 gemeinsam an die folgenden Arbeiten zu verleihen:

„Ein semi-analytischer Matrixformalismus für Spannungssingularitäten in anisotropen Mehrkomponentenecken mit Reibungsrand- und Grenzflächenbedingungen“, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Band 129, Februar 2024, S. 104160. DOI: 10.1016/j.tafmec.2023.104160. Autoren: María Ángeles Herrera Garrido, Vladislav Mantič Lescisin und Alberto Barroso Caro.

„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, deren Autoren Diego Antonio Rodríguez Pastor, Alejandra García Guzmán, Israel Marqués Valderrama, C. Ortiz, Elisa Carvajal Trujillo, José Antonio Becerra Villanueva und Víctor sind Manuel Soltero Sánchez und Ricardo Chacartegui Ramírez.
 

In der Arbeit mit dem Titel „Ein semi-analytischer Matrixformalismus für Spannungssingularitäten in anisotropen Mehrkomponentenecken mit Reibungsrand- und Grenzflächenbedingungen“ wird die Entwicklung eines Berechnungscodes in MATLAB beschrieben, der auf einem semi-analytischen Verfahren basiert, um elastische singuläre Lösungen in anisotropen Ecken eines einzelnen Materials oder mehrerer Materialien durch die Entwicklung der asymptotischen Reihe zu charakterisieren.

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 konstitutiven Gesetzen bestehen und sowohl mathematisch nicht-entartete als auch entartete Materialien im Rahmen des Stroh-Formalismus umfassen.

Die Vielfalt der abgedeckten Konfigurationen ist enorm, da neben einer breiten Palette homogener oder reibungsbehafteter Randbedingungen auch die Einführung perfekt verbundener Grenzflächenbedingungen mit Gleiten, mit oder ohne Reibung, ermöglicht wird. Im Falle von Reibungskontakt wird das Coulombsche Reibungsgesetz angenommen. Neu ist unter anderem, dass neben dem Singularitätsexponenten λ auch der Winkel ω des durch Reibung auf jeder Kontaktfläche erzeugten Tangentialspannungsvektors durch Lösen eines nichtlinearen Eigenwertsystems berechnet werden muss, da dieser Wert a priori unbekannt ist.

Das Verfahren basiert auf Strohs Formalismus der anisotropen Elastizität unter Annahme verallgemeinerter ebener Dehnungsbedingungen (2,5D) sowie auf dem semi-analytischen Matrixformalismus für Keiltransfermatrizen und Rand- und Grenzflächenbedingungsmatrizen. Dadurch eignet es sich erstens hervorragend für numerische Implementierungen, zweitens ist es besonders effizient bei mehreren perfekt verbundenen homogenen Keilen und drittens aufgrund seiner vollständig semi-analytischen Natur sehr genau. Der entwickelte Code wurde anhand einer Vielzahl von Beispielen verifiziert. Die Ergebnisse wurden mit analytischen Ausdrücken anderer Autoren für spezifische Konfigurationen verglichen, wodurch die extrem hohe Genauigkeit des Codes bei der Berechnung von λ und ω bestätigt wurde. Die in einigen Fällen mit anisotropen Materialien beobachteten Unterschiede lassen sich dadurch erklären, dass einige der vorherigen Autoren das wahre dreidimensionale Coulombsche Reibungsgesetz nicht berücksichtigt haben. Nach eingehender Prüfung 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 Energiespeichersystem (TCES) zur Methanol-zu-Methan-Umwandlung für Gasturbinenkraftwerke“ präsentiert eine innovative Lösung, um der Volatilität des Erdgasmarktes und dem zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien im Energiesektor entgegenzuwirken. Das vorgeschlagene System nutzt erneuerbares Methanol (CH₃OH) über dessen Zwischenstufe zur Synthesegasgewinnung (CO/H₂) zur Umwandlung in Methan (CH₄). Es bietet thermochemische Speicherstrategien (Be- und Entladung) und die Integration von konzentrierter Solarenergie. Die vorgeschlagene Konfiguration ist hochflexibel und an bestehende Industrieanlagen anpassbar. Sie ermöglicht eine Reduzierung der Abhängigkeit von importiertem Erdgas und dessen Ersatz durch grünes Methanol, ohne die industrielle Infrastruktur zu verändern.

Die Beladungsphase besteht aus der thermischen Zersetzung von Methanol bei moderaten Temperaturen (unter 350 °C) mit kommerziellen Cu/ZnO-Katalysatoren. Das entstehende Synthesegas wird auf 40 bar komprimiert, gespeichert und in die Methanisierungsphase eingeleitet. Dort wird Methan bei hohen Temperaturen (über 500 °C) erzeugt, wobei die Reaktionswärme in anderen Prozessen zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Das Methan dient als Brennstoff für Gasturbinen und kann auch als Rohstoff in der chemischen Industrie eingesetzt werden.

Die durchgeführten Simulationen erzielen Gesamtsystemwirkungsgrade von über 29 % und Gesamtwirkungsgrade von 44 %. Durch Optimierung der Reaktionsbedingungen werden Stromgestehungskosten (LCOF) von 172 €/MWh und zukünftige Stromgestehungskosten (LCOE) von 145 €/MWh erreicht – Werte, die aktuell mit anderen, ausgereifteren Technologien konkurrenzfähig sind. Diese Ergebnisse liefern eine innovative Strategie im Bereich der thermochemischen Speicherung und deren Integration in Gasturbinenprozesse sowie neue Umwandlungswege für grünes Methanol, einen schnell wachsenden Energieträger.