{"id":41497,"date":"2017-03-24T07:26:37","date_gmt":"2017-03-24T06:26:37","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=41497"},"modified":"2021-09-09T21:38:32","modified_gmt":"2021-09-09T19:38:32","slug":"strom-als-rohstoff-gruene-energie-fuer-nachhaltige-chemie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/strom-als-rohstoff-gruene-energie-fuer-nachhaltige-chemie\/","title":{"rendered":"Strom als Rohstoff – Gr\u00fcne Energie f\u00fcr nachhaltige Chemie"},"content":{"rendered":"

Die Energiewende und der mit ihr anfallende CO2<\/sub>-arme Strom bieten die Chance, eine stromgef\u00fchrte Produktion aufzubauen. Zehn Fraunhofer-Institute entwickeln und optimieren Verfahren, die diesen Strom nutzen, um wichtige Basischemikalien herzustellen. Auf der HANNOVER MESSE 2017 (24. bis 28. April, Halle 2, Stand C22) pr\u00e4sentiert Fraunhofer UMSICHT das Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbStrom als Rohstoff\u00ab.<\/strong><\/p>\n

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Das Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbStrom als Rohstoff\u00ab vereint zehn Fraunhofer-Institute unter Federf\u00fchrung von Fraunhofer UMSICHT. – Zoom –<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Der Edelstahlzylinder steckt in einem massiven Metallgestell, diverse Schl\u00e4uche f\u00fchren in ihn hinein. Mit einem Durchmesser von 20 cm wirkt er ziemlich wuchtig. Sein Innenvolumen jedoch ist \u00fcberraschend klein \u2013 nicht gr\u00f6\u00dfer als eine Getr\u00e4nkedose. Das hat einen Grund: Der Zylinder besitzt \u00fcberaus dicke Stahlw\u00e4nde, die einem Druck von 150 bar trotzen k\u00f6nnen, 150-fachem Atmosph\u00e4rendruck.<\/p>\n

Der Prototyp steht bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen. Er soll aus CO2<\/sub> und Wasser Alkohole wie Ethanol herstellen \u2013 wichtige Basischemikalien f\u00fcr die Industrie. Angetrieben wird der Prozess allerdings nicht durch fossil erzeugte Prozessw\u00e4rme, sondern durch gr\u00fcnen, regenerativ gewonnenen Strom.<\/p>\n

Chemikalien klimaschonend produzieren<\/h3>\n

Das Hochdruckverfahren ist Teil des Fraunhofer-Leitprojekts \u00bbStrom als Rohstoff\u00ab. \u00bbSpricht man \u00fcber die Energiewende, denkt man zun\u00e4chst an die Elektromobilit\u00e4t\u00ab, sagt Projektkoordinator Dr. Hartmut Pflaum. Doch ebenso wichtig sei es, den CO2<\/sub>-Aussto\u00df der Industrie zu verringern. Um etwa Chemikalien herzustellen, braucht es oft hohe Temperaturen. Entsprechend energieintensiv ger\u00e4t die Produktion, einhergehend mit hohen CO2<\/sub>-Emissionen. In ihrem Leitprojekt arbeiten die Fraunhofer-Forscher an Verfahren, mit denen sich Chemikalien k\u00fcnftig klimaschonend produzieren lassen \u2013 und zwar mit gr\u00fcnem Strom.<\/p>\n

Bereits heute werden rund 30 Prozent unseres Stroms regenerativ erzeugt. Allerdings schwankt die Produktion: Bei Sonnenschein und kr\u00e4ftigem Wind liefern Windr\u00e4der und Solarzellen zum Teil mehr Strom, als akut im Netz ben\u00f6tigt wird. \u00bbStrombasierte Herstellungsverfahren k\u00f6nnen dazu beitragen, Angebots- und damit Preisfluktuationen im Stromnetz intelligent zu nutzen und fossil betriebene Verfahren langfristig teilweise zu ersetzen\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Pflaum.<\/p>\n

Zwei Prozesse<\/h3>\n

M\u00f6glich macht das die Elektrochemie. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts \u00bbStrom als Rohstoff\u00ab widmen sich die Fachleute der Entwicklung zweier verschiedener Prozesse: Zum einen wollen sie Wasserstoffperoxid (H2<\/sub>O2<\/sub>) \u2013 ein Desinfektions- und Bleichmittel \u2013 einfach und zuverl\u00e4ssig mittels Strom herstellen. Zum anderen versuchen sie, aus Elektrizit\u00e4t und CO2<\/sub> wertvolle Basischemikalien zu erzeugen \u2013 Ethen sowie verschiedene Alkohole.<\/p>\n

Wasserstoffperoxid-Produktion On-Demand<\/h3>\n

Wasserstoffperoxid gilt als umweltfreundliches Bleichmittel, es wird im gro\u00dfen Stil f\u00fcr die Papierherstellung genutzt, um den Zellstoff zu bleichen. Bislang produziert die Industrie das Mittel mit dem Anthrachinon-Verfahren. Das jedoch ben\u00f6tigt nicht nur organische L\u00f6sungsmittel, sondern auch jede Menge Energie. Deshalb t\u00fcfteln die Fraunhofer-Forscher an einer Alternative, die mit Strom funktioniert. Das Prinzip: \u00c4hnlich wie bei einer Batterie enth\u00e4lt der Reaktor einen Minus- und einen Plus-Pol. Legt man Strom an, bilden sich Protonen, die mit Sauerstoff reagieren k\u00f6nnen. Gelingt es, optimale Strom- und Spannungswerte einzustellen und den richtigen Katalysator einzusetzen, entsteht Wasserstoffperoxid. Die Herausforderung ist, Bedingungen zu schaffen, bei denen das Wasserstoffperoxid l\u00e4ngere Zeit stabil in einer L\u00f6sung bleibt.<\/p>\n

Konkret entwickeln die Forscher zwei Varianten: Bei der ersten arbeiten sie an einem Reaktor, bei dem eine Membran die beiden Pole trennt. Entscheidend ist, einen Katalysator f\u00fcr den Minuspol zu finden, der die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasserstoffperoxid m\u00f6glichst wirkungsvoll in Gang bringt. Das zweite Verfahren basiert auf einer Diamantelektrode. Eingesetzt wird sie bereits zur Abwasser-Desinfektion. Die Fachleute versuchen sie so zu modifizieren, dass sie auch Wasserstoffperoxid herstellen kann.<\/p>\n

Beide Varianten funktionieren, allerdings muss die Konzentration des Wasserstoffperoxids noch gesteigert werden. \u00bbAm Ende soll die Erkenntnis stehen, welches der beiden Verfahren besser l\u00e4uft\u00ab, erl\u00e4utert Dr. Pflaum. \u00bbUnser Ziel ist, beide Methoden in die N\u00e4he der Praxisreife zu bringen.\u00ab Die Vision: Auf dem Firmengel\u00e4nde eines Zellstoffherstellers produzieren elektrochemische Reaktoren \u2013 wom\u00f6glich mit dem Strom eines benachbarten Windparks \u2013 stets so viel Bleichmittel, wie der Papierhersteller gerade ben\u00f6tig: Wasserstoffperoxid-Produktion On-Demand.<\/p>\n

CO2<\/sub> elektrochemisch zu Produkten umsetzen<\/h3>\n

Deutlich grundlagenorientierter gestaltet sich der andere Zweig des Leitprojekts. Hier wollen die Fachleute versuchen, aus Strom und CO2<\/sub> wichtige Basischemikalien zu produzieren, die konventionell aus Erd\u00f6l gewonnen werden. Zwar gibt es CO2<\/sub> im \u00dcberfluss, jedoch ist es reaktionstr\u00e4ge und geht nur ungern Verbindungen ein. \u00bbDamit es chemisch reagiert, m\u00fcssen wir es aktivieren\u00ab, erkl\u00e4rt Dr. Pflaum. \u00bbIm Rahmen unseres Leitprojekts entwickeln wir drei Prototypen, die CO2<\/sub> elektrochemisch zu Produkten umsetzen.\u00ab<\/p>\n

Ethen ist ein zentrales Vorprodukt f\u00fcr die Herstellung des Standardkunststoffs Polyethylen. Die Fraunhofer-Experten entwickeln einen Reaktor auf Basis einer Gasdiffusionselektrode. In ihm kommt CO2<\/sub> mit einem Elektrolyten in Kontakt. An der Elektrode entsteht mithilfe eines Katalysators Ethen.<\/p>\n

Kurzkettige Alkohole wie Ethanol und Propanol dienen als Standardreaktionspartner in der organischen Chemie, kommen aber auch als Treibstoff in Frage. Mit einem neuartigen Hochdruck-Reaktor arbeiten die Wissenschaftler daran, verdichtetes CO2<\/sub> chemisch zu aktivieren und mit Wasserstoff zu Alkoholmolek\u00fclen reagieren zu lassen.<\/p>\n

Langkettige Alkohole fungieren unter anderem als Weichmacher, Tenside, und Kraftstoffadditive. Um sie klimafreundlich zu erzeugen, entwickeln die Forscher ein zweistufiges Verfahren: Zun\u00e4chst erzeugen sie aus Wasser und CO2<\/sub> mittels Hochtemperatur-Elektrolyse ein Synthesegas, das aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Dieses Gas wird dann in einer Fischer-Tropsch-Synthese zu langen Alkoholmolek\u00fclen verkettet.<\/p>\n

\u00bbGelingt es uns, die Machbarkeit dieser Verfahren zu zeigen, sind das attraktive Alternativen f\u00fcr die chemische Industrie\u00ab, so Dr. Pflaum. Dann lie\u00dfen sich die neuen, klimaschonenden Methoden gemeinsam mit der Industrie zu Pilotanlagen weiterentwickeln.<\/p>\n

HANNOVER MESSE 2017<\/h3>\n

Fraunhofer UMSICHT ist auf der HANNOVER MESSE, vom 24. bis 28. April 2017, auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft (Halle 2, Stand C22) vertreten. Folgende Exponate werden ausgestellt:<\/p>\n

Co-Elektrolyse-Stack<\/em>
\nHochtemperaturstabiler Stack aus keramischen Festoxidzellen f\u00fcr Power-to-Gas-Prozesse und umgekehrt.<\/p>\n

Modell einer Hochdruckelektro-Syntheseapparatur<\/em>
\nEin Nachbau einer Hochdruckzelle mit integrierten Elektroden wird in einem litfass\u00e4hnlichem Aufbau aus Plexiglas ausgestellt. Der zylinderf\u00f6rmige Aufbau hat einen Durchmesser von ca. 80 cm.<\/p>\n

Membranmuster<\/em>
\nMembranmuster einer kosteng\u00fcnstigen, protonenleitenden Membran mit geringem Fluorgehalt auf Basis alternativer Polymerklassen
\n(Gr\u00f6\u00dfe 7 cm x 7 cm) f\u00fcr die elektrochemische H2<\/sub>O2<\/sub>-Synthese.<\/p>\n

Simulation, mehrkriterielle Optimierung, Entscheidungsunterst\u00fctzung: Anwendung Elektrosynthese<\/em>
\nInteraktive Software zur Visualisierung und Analyse multivariater Datens\u00e4tze sowie zur Entscheidungsunterst\u00fctzung.<\/p>\n

Fraunhofer-Leitprojekt<\/h3>\n

Mit ihren Leitprojekten setzt die Fraunhofer-Gesellschaft strategische Schwerpunkte, um wissenschaftliche Ideen rasch in marktf\u00e4hige Produkte und konkrete L\u00f6sungen f\u00fcr die Industrie umzusetzen. Die beteiligten Fraunhofer-Institute bringen ihre Kompetenzen ein und binden fr\u00fchzeitig Industriepartner ein. Im Leitprojekt \u00bbStrom als Rohstoff\u00ab haben sich zehn Institute zusammengeschlossen: UMSICHT (Federf\u00fchrung), IAP, ICT, IGB, IKTS, ISC, IST, ITWM, IVV und WKI. Das Projekt begann am 1. August 2015 und soll am 31. Juli 2018 abgeschlossen sein.<\/p>\n

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Weitere Informationen zum Fraunhofer-Leitprojekt \u00bbStrom als Rohstoff\u00ab<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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