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Die vorliegende Dissertation untersucht die Nichtgleichgewichtsdynamik des eindimensionalen transversalen XY-Modells sowie des zweidimensionalen transversalen Ising-Modells auf dem Quadratgitter nach Quenchs eines oder mehrerer Parameter ihrer Hamiltonoperatoren. Das eindimensionale System ist integrabel und sein Hamiltonoperator kann durch eine Transformation auf ein System freier Fermionen diagonalisiert werden. Demgegenüber ist das zweidimensionale transversale Ising-Modell nichtintegrabel und kann nicht analytisch gelöst werden. Für das eindimensionale transversale XY-Modell wird die Zeitentwicklung verschiedener Observablen wie Magnetisierung, Korrelationsfunktionen und Verschränkungsentropie mithilfe von Freie-Fermionen-Techniken berechnet und mit den Resultaten einer semiklassischen Theorie zur Beschreibung des Relaxationsprozesses verglichen. Zudem wird gezeigt, dass der stationäre Zustand des Systems durch das verallgemeinerte Gibbs-Ensemble beschrieben werden kann. Die Zeitentwicklung des zweidimensionalen transversalen Ising-Modells wird mithilfe eines Variations-Monte-Carlo-Verfahrens bestimmt und das System nach verschiedenen Quenchprotokollen auf Thermalisierung untersucht, d. h. es wird die Frage beantwortet, ob sein stationärer Zustand durch das kanonische Gibbs-Ensemble beschrieben werden kann. Weiterhin wird mithilfe von zeitabhängiger Mean-Field-Theorie auf Grundlage der BBGKY-Hierarchie die Ausbreitung einer zu Beginn lokalen Störung untersucht. The thesis at hand studies the non-equilibrium dynamics of the one-dimensional transverse-field XY model as well as of the two-dimensional transverse-field Ising model on the square lattice after quenches of one or more parameters of their Hamiltonians. The one-dimensional system is integrable and its Hamiltonian can be diagonalized by a transformation to a system of free fermions. In contrast to this the two-dimensional transverse-field Ising model is nonintegrable and cannot be solved analytically. For the one-dimensional transverse-field XY model the time evolution of different observables like magnetization, correlation functions and entanglement entropy is computed with free fermion techniques and compared to the results of a semiclassical theory for the relaxation process. Moreover it is shown that the stationary states of the system can be described by the generalized Gibbs ensemble. The time evolution of the two-dimensional transverse-field Ising model is determined with a variational Monte Carlo method and the system is tested for thermalization after different quench protocols, i.e. the question is answered whether its stationary state can be described by the canonical Gibbs ensemble. Furthermore using time-dependent mean field theory based on the BBGKY hierarchy the spreading of an initially local perturbation is studied.

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).:1 Einleitung und Zielsetzung 2 Grundlagen und Methodik 2.1 IGCC und CCS 2.2 Gewählte Randbedingungen 2.3 Untersuchte Konzepte 2.4 Grundlagen der Konzeptbewertung 2.4.1 Energetische Analyse 2.4.2 Exergetische Analyse 2.4.3 Kohlenstoffbilanz 2.5 Verfahrenstechnische Simulationswerkzeuge 3 IGCC-CCS-Kraftwerksprozess 3.1 Vergasung 3.1.1 Reaktionen 3.1.2 Fluiddynamische Klassifizierung 3.1.3 Vergasungstechnologien 3.1.4 Flowsheet Simulation der Vergasungstechnologien 3.1.5 Vergleich der abgebildeten Vergasungstechnologien 3.2 Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.1 Technologie der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.2 Flowsheet Simulation der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.3 Sauerstoffbereitstellung 3.3.1 Technologie der kryogenen Luftzerlegung 3.3.2 Flowsheet Simulation der kryogenen Luftzerlegung 3.3.3 Potenziale 3.4 Gaskonditionierung 3.4.1 Kühlung, Entstaubung und Spurstoffentfernung 3.4.2 CO-Konvertierung 3.4.3 CO2- und H2S-Abtrennung 3.4.4 H2S-Aufbereitung 3.4.5 CO2-Verdichtung und -Speicherung 3.4.6 Reingaskonditionierung 3.5 Stromerzeugung im GuD-Prozess 3.5.1 Technologie des GuD-Prozesses 3.5.2 Flowsheet Simulation des GuD-Prozesses 3.5.3 Potenziale 3.6 Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtigen Stand der Technik 3.7 Betrachtungen zu Strängigkeit und Verfügbarkeit der Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtiger Stand der Technik 4 Konzeptstudien 4.1 Konservative Annahmen zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.2 Verringerte Braunkohletrocknung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3 Modifizierte CO-Konvertierung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3.1 Quenchkonvertierung 4.3.2 Isotherme katalytische CO-Konvertierung 4.3.3 Kombination von Quenchkonvertierung und isothermer katalytischer CO-Konvertierung 4.4 Konservative Annahmen zum Stand der Technik im Jahr 2025 4.5 Innovatives Potenzial zum Stand der Technik im Jahr 2025 5 Zusammenfassung