Angewandte Thermodynamik | Im Portrait: Prof. Dr.-Ing. Tobias Göpfert

Redaktion: Prof. Göpfert, Sie sind seit Anfang April 2025 Inhaber der Professur für „Angewandte Thermodynamik" an der Fakultät Ingenieurwissenschaften. Was sind Ihre neuen Aufgabenbereiche, die Sie als Professor übernehmen werden?

Prof. Göpfert: Es freut mich sehr, seit April 2025 Teil der HTWK und der Fakultät Ingenieurwissenschaften zu sein. Die Professur „Angewandte Thermodynamik“ ist eine Grundlagen- und Kernprofessur der Ausbildung von Studierenden mit Fokus auf die Energietechnik. Die Thermodynamik verbindet als wissenschaftliche Disziplin den Maschinenbau, die Physik, die Chemie, die Elektro- und Umwelttechnik, als Wissenschaft über die Arten und Transformation von Energie. Dies ist die Basis für viele erweiternde Lehrgebiete insbesondere in den höheren Semestern des Studiums. Neben den Grundlagen der Energielehre in „Thermodynamik I“ werden den Studierenden in darauf aufbauenden Lehrgebieten der „Wärme- und Stoffübertragung“ die Möglichkeiten zur Übertragung von Wärme in Form von Leitung, Konvektion und Strahlung ebenso wie die Möglichkeiten der Diffusion und des Stoffübergangs an praktischen Anwendungen erläutert. Um diese Informationen in einen größeren Kontext zu setzen, erlernen Studierende in den Lehrfächern „Thermodyamik II“ sowie „Anlagen & Apparate“, wie sie das Wissen der vorherigen Semester verknüpfen können, um komplexere Maschinen und Apparate berechnen und auslegen zu können. Dieses aufbauende Wissen befähigt die Studierenden, Problemstellungen im Kontext der Energiewende besser zu verstehen, die Probleme zu abstrahieren und Lösungen zu entwickeln.

Gelehrt werden im Sommersemester: Thermodynamik I (Studiengang Energietechnik EGB, Wirtschaftsingenieurwesen Energietechnik SGB), Thermodynamik II (Studiengang Maschinenbau MBB) und Spezialgebiete der Thermodynamik ( Masterstudiengang – Energietechnik EGM)

Gelehrt werden im Wintersemester: Thermodynamik I (Studiengang Maschinenbau MBB), Wärme- und Stoffübertragung (Studiengang Energietechnik EGB, Wirtschaftsingenieurwesen Energietechnik SGB) sowie Anlagen und Apparate (Studiengang Energietechnik EGB, Wirtschaftsingenieurwesen Energietechnik SGB).

Meine Ziele und Wünsche: Ich möchte den Studierenden einen tiefen Einblick in das wissenschaftliche Gebiet der Thermodynamik ermöglichen und sie insbesondere dazu befähigen, selbstständig komplexe Sachverhalte zu verstehen, zu abstrahieren und Lösungen zu entwickeln. Ich möchte die Lehre insofern weiterentwickeln, dass möglichst viele Studierende Motivation und Interesse an meinem Fachgebiet entwickeln.

Als persönliche Ziele möchte ich den Forschungsbereich der „Angewandten Thermodynamik“ ausbauen und neue Akzente setzen. Die steigenden Anforderungen der Industrie und des Umweltschutzes fordern neue innovative und konstruktive Lösungen. Diese neuen Lösungen und Ansätze möchte ich zurück in die Lehre einkoppeln, um die Studierenden auf die genannten steigenden Anforderungen vorzubereiten. Hierzu zählen neben klassischen Fähigkeiten der Ingenieurwissenschaften auch zunehmend der Umgang mit KI-Systemen und der kritische Umgang mit Informationen. Das eigene Wissen zu reflektieren, Sachverhalte zu überprüfen und ein Gespür für die Probleme der Thermodynamik zu entwickeln, sind für mich essentielle Themen, welche ich meinen Studierenden näherbringen möchte.

Redaktion: Wie kommt es, dass Sie sich für diesen Forschungs- und Lehrbereich entschieden haben? Wussten Sie bereits vor dem Studium, welchen Weg Sie später einschlagen wollen?

Prof. Göpfert: Nach meinem Studium der Energietechnik stellte ich mir die Frage, wie ich meine berufliche und akademische Laufbahn weiterführen könnte. Ich arbeitete da bereits eine Weile als studentische Hilfskraft und später als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Technische Thermodynamik an der Hochschule Zittau/Görlitz, bei meinem späteren Doktorvater Prof. Dr.‐Ing. habil. Hans‐Joachim Kretzschmar. Dabei erhielt ich einen tieferen Einblick in Prozesse und Zusammenhänge im Kontext der Ermittlung und Beschreibung der Eigenschaften von Fluiden. Der Kontakt mit Unternehmen und der Austausch mit Kollegen zeigte mir, dass hier ein erheblicher Forschungs- und Wissensbedarf existiert, was meine eigene Neugier weckte, wie man wohl diese offenen Fragen lösen könnte. Ein Teilgebiet davon konnte ich im Rahmen meiner Diplomarbeit zum Thema „Berechnung der thermodynamischen Zustandsgrößen von Ethanol und weiteren ORC-Arbeitsfluide, sowie Kühlflüssigkeiten und Wassereis in energietechnischen Prozesssimulationen“ näher untersuchen. Hierbei stellte ich fest, dass insbesondere Polymerlösungen wie sie bei Schmierstoffen auftreten, für mich damals überraschend, nur wenig erforscht sind.

Im Austausch mit meinem späteren Doktorvater Prof. Dr.-Ing. Ullrich Hesse an der TU Dresden, erfuhr ich, dass genau diese Probleme in einer Vielzahl von Teilgebieten der technischen Thermodynamik existieren. So kam ich aus meiner Ausbildung des Hochtemperaturmaschinenbaus der Energietechnik hin zur Kältetechnik, wodurch ich die Besonderheiten besonders hoher und niedriger Temperaturen in der Thermodynamik kennenlernen konnte. Besonders spannend fand ich hierbei das Verhalten von dispersen Gemischen, wie sie in der technischen Anwendung häufig vorkommen, aber in der Lehre und Forschung der Kältetechnik nur relativ wenig Aufmerksamkeit erhalten. Hinzu kam, dass in Folge steigender Umweltanforderungen und neuer europäischer Normen eine Vielzahl klassischer Chemikalien und Arbeitsstoffe nicht mehr oder nur noch eingeschränkt verwendet werden können. Für die Industrie hat dies insbesondere zur Folge, dass Ersatzstoffe entwickelt werden müssen, welche genau definierte Eigenschaften aufweisen sollen. In Kooperation mit Unternehmen und öffentlicher Förderung durch die Bundesstiftung Umwelt (DBU), konnte ich mich diesen Themen nähern und erfolgreich meine Dissertation „Experimentelle und theoretische Untersuchung der thermophysikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid, Ethan und Ethen im Gemisch mit niedrigviskosen Polyolestern“ verfassen.

Im Rahmen meiner Promotion konnte ich Lösungen entwickeln, ein eigenes Labor aufbauen und meine Ideen in die Industrie tragen, damit diese umgesetzt werden können. Dieses Gefühl, eine Idee wachsen und Realität werden zu sehen, wollte ich gerne weiterverfolgen, weswegen ich meine F&E-Tätigkeiten nach der Promotion als freiberuflicher Ingenieur fortsetzte. In dieser neuen Tätigkeit hatte ich auch das große Glück, Studierende an der Europäischen Studienakademie (ESak) in den Studiengängen der Kältesystem- und Klimasystemtechnik zu lehren. Die Jahre dort zeigten mir, dass ich dem Thema Lehre mehr Raum in meinem Leben und beruflichen Tätigkeit geben möchte, weswegen ich den Schritt hin zu einer Professur gewagt habe.

Zum Studium der Energietechnik hat mich insbesondere der Fakt gebracht, dass in der Energietechnik sehr unterschiedliche Disziplinen wie Maschinenbau, Physik, Chemie, Elektro- und Umwelttechnik miteinander interagieren und ein großes Gesamtbild ergeben. Die Möglichkeit sowohl industrielle, gesellschaftliche als auch umwelttechnische Aspekte zu betrachten (Stichwort: Energiewende) haben auf mich bis heute einen besonderen Reiz. Die Thermodynamik stellt hierbei ein verbindendes Glied zwischen vielen der genannten Disziplinen dar.

Redaktion: Was glauben Sie, sollten Studierende, die sich für ein Studium der „Energietechnik" entscheiden, an Fähigkeiten und Interessen mitbringen?

Prof. Göpfert:  Interesse und Vorkenntnisse, insbesondere in den MINT-Fächern, sind eine gute Basis für das Studium.  Neugier, Offenheit für neue Ansätze und Technologien sind ebenso vorteilhaft wie die Bereitschaft zum Auseinandersetzen mit dem Pro und Contra unterschiedlicher Technologien. Die Bereitschaft zum Selbststudium und dem offenen Austausch mit anderen Studierenden ist sicherlich auch hilfreich.

Redaktion: Welche neuen Projekte würden Sie gerne in Zukunft realisieren?

Prof. Göpfert: Aus meinem beruflichen Werdegang heraus, liegen mir insbesondere drei Themen besonders am Herzen. Zum einen geht es mir darum, die Eigenschaften von Arbeitsfluiden, insbesondere bei in der „Findungsphase“ von Projekten zu erleichtern, indem einfache Tools zur Berechnung Approximation entwickelt werden. Hierdurch lassen sich frühzeitig Fehler in der Entwicklung neuer Arbeitsstoffe vermeiden und Entwicklungsprozesse beschleunigen. Ein weiterer Aspekt ist das Wechselspiel aus „ökonomischen und technologischen Anforderungen“ in der Stoffwertthermodynamik. Der zunehmende Kostendruck und die Anforderung an schnelle Ergebnisse wirken sich sowohl in der Industrie als auch der Wissenschaft aus. Es müssen neue Ansätze entwickelt werden, wie diesem Kosten- und Zeitdruck Rechnung getragen werden kann, und das hierzu notwendige Wissen in die Industrie und Wissenschaft zurückgeführt wird. Als dritten Schwerpunkt, möchte ich mich intensiver mit komplexen Stoffsystemen beschäftigen, und wie sich diese auf die Auslegung von Prozessen und Anlagen auswirken. Bereits kleine Unsicherheiten in der Berechnung der Eigenschaften von Arbeitsstoffen wirken sich bei komplexen Anlagen in Folge der Fehlerfortpflanzung erheblich aus. Hier ist es notwendig, sowohl die Studierenden als auch die Industrie zu sensibilisieren und diese Unsicherheiten besser abschätzen zu können.