Masterarbeit – Wie günstig kann Power-to-X werden? Cost-Floor-Abschätzung von Investitions­kosten

Forschung für eine Gesellschaft im Wandel: Das ist unser Antrieb im Forschungszentrum Jülich. Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft stellen wir uns den großen gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit und erforschen inter­disziplinär die digitalisierte Gesell­schaft, ein klima­schonendes Energiesystem und nachhaltiges Wirtschaften. Arbeiten Sie gemein­sam mit knapp 7.700 Kolleginnen und Kollegen in einem der größten Forschungs­zentren Europas und gestalten Sie den Wandel mit uns!

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

Wir bieten Ihnen ab sofort eine spannende

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

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 Floor, 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

• 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)

• 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

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 Potenziale 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

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