Für die Entwicklung des Gesamtmodells im Rahmen von Clean Circles (Link) müssen skalen- und komplexitätsreduzierte Modelle zur Beschreibung der Oxidation und Reduktion von Eisen(-oxid) entwickelt werden. Ein geeigneter Ansatz ist die Reaktornetzwerkmodellierung (Chemical Reactor Network modeling, kurz: CRN), wobei technisch relevante Systeme (Reaktoren) in funktionale Makrozonen, auch Kompartments genannt, mit repräsentativen Konzentrationen und Temperaturen unterteilt werden. Die einzelnen Kompartments werden mithilfe von idealen Reaktormodellen (Rührkessel, Strömungsrohr) repräsentiert, deren Kombination in einem Netzwerk z.B. das Verweilzeit- oder Umsatzverhalten des realen Reaktors annähern können. Zur geeigneten Kompartmenteinteilung werden Temperatur- und Strömungsprofile aus CFD-Simulationen genutzt. Experimentelle Daten globaler Verweilzeitverteilungen ermöglichen die Kalibrierung der Reaktornetzwerke an den technischen Reaktor hinsichtlich des Verweilzeitverhaltens. Somit vereinfacht die Reaktornetzwerkmodellierung die Fluiddynamik im Vergleich zu CFD-Simulationen stark und ermöglicht dadurch eine detaillierte Beschreibung der Thermochemie des Systems bei gleichzeitig deutlich geringerem Rechenaufwand.
Um die Reaktornetzwerkmodellierung für die Oxidation und Reduktion von Eisen(oxiden) nutzen zu können, müssen die Modelle erweitert, kalibriert und auf geeignete Testfälle angewandt werden. Die Beschreibung heterogener Reaktionen zwischen Feststoffpartikel und der Gasphase erfolgt mithilfe mehrphasiger Reaktormodelle. Weiterhin sollen Heizrateneffekte, sowie der Transport von Partikeln über die Kompartmentgrenzen hinweg berücksichtigt werden. Mit einem geeigneten Reaktornetzwerk ergibt sich die Möglichkeit einer detaillierten Analyse der Sensitivitäten und Gültigkeitsbereiche entscheidender Parameter, deren Konsolidierung im Gesamtmodell erfolgt. Durch die Erweiterungen und die zur Verfügung stehenden Daten kann die Reaktornetzwerkmodellierung im technischen Maßstab Anwendung finden.
