Stoffströmen

Stoffströmen bezeichnet die Bewegung und Verteilung von Substanzen innerhalb eines Systems, einschließlich des Transports von Materie durch Fluide, Gase oder Feststoffe, sowie Veränderungen der Zusammensetzung durch Phasenwechsel, Mischeffekte oder chemische Reaktionen. Der Begriff wird in Physik, Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Ressourcenmanagement verwendet.

Zentrale Konzepte sind Massenerhaltung, Transportmechanismen und Stoffbilanzen. Transport kann durch Advektion, Diffusion und Dispersion erfolgen; in Flüssigkeiten und Gasen spielen Strömungsgeschwindigkeiten, Dichte und Viskosität eine Rolle. In vielen Fällen gilt die Massenerhaltung: Eingänge minus Ausgänge plus erzeugte oder verbrauchte Stoffe ergibt die Änderung des gespeicherten Materials. Dynamische Systeme werden häufig durch entsprechende Gleichungen beschrieben, die Speicher, Flüsse und Netze zwischen Teilbereichen berücksichtigen.

In der Praxis wird Stoffströmen oft durch Stoffbilanzen modelliert und analysiert. In der Umwelt- und Ressourcenbewertung wird das Konzept in Stoffstromanalysen (MFA) eingesetzt, um den Fluss von Materialien wie Rohstoffen, Produkten, Abfällen oder Emissionen durch ein System zu bilanzieren. Netzwerke von Teilströmen helfen, Verbindungen zwischen Prozessstufen, Regionen oder Sektoren abzubilden.

Anwendungsgebiete umfassen chemische Reaktoren, Trennprozesse, Rohrleitungs- und Verteilnetze, Abfall- und Ressourcenmanagement sowie Umweltmodellierungen zur Schadstoffverteilung. Herausforderungen bestehen bei komplexen, mehrphasigen oder reaktiven Strömungen, unvollständigen Daten und Unsicherheiten in Geometrie und Betriebsbedingungen. Stoffströme bilden eine Grundlage für datengetriebene Analysen, Prozessoptimierung und Umweltbewertung.