Energieeffizienz Energie-Allianz: Auf der Suche nach energieeffizienten Mehrphasen-Prozessen

Redakteur: M.A. Manja Wühr

Mehr als drei Jahre haben rund 70 Wissenschaftler der Energie-Allianz erforscht, wie sich mit optimierten Prozessen und Reaktoren der Energieverbrauch der chemischen Produktion reduzieren lässt. Nun stellen sie erste Ergebnisse vor.

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Mit dem Röntgentomographen Rofex am HZDR lassen sich kleinste Gasblasen selbst in schnell strömenden Flüssigkeiten verfolgen.
Mit dem Röntgentomographen Rofex am HZDR lassen sich kleinste Gasblasen selbst in schnell strömenden Flüssigkeiten verfolgen.
(Bild: Rainer Weisflog)

Dresden – Entlang der Prozesskette kann an vielen Punkten Energie eingespart werden – etwa durch effizientere Wärmerückgewinnung, Modernisierung elektrischer Anlagenkomponenten oder Automatisierung von Prozessabläufen. „Unser Augenmerk liegt besonders auf Reaktionsapparaten mit dem Ziel, die darin ablaufenden, chemischen Synthesen zu optimieren“, erklärt Prof. Uwe Hampel vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Er koordiniert die Energie-Allianz „Energieeffiziente chemische Mehrphasen-Prozesse“.

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Das Energieeinsparpotenzial ist enorm: Wenn es beispielsweise gelingt, die Synthesen etwa für die Grundstoffe der chemischen Industrie in den großen Reaktoren selektiver zu machen, muss in den nachfolgenden Prozessstufen weniger Energie für die Produktaufbereitung, zumeist durch Destillation, eingesetzt werden.

Die meisten Synthesen finden in Mehrphasen-Reaktoren statt. Die dort auf verschiedenen Skalen ablaufenden Strömungsprozesse sind für den optimalen Reaktionsablauf entscheidend. Was zunächst im Reagenzglas problemlos funktioniert, lässt sich nicht einfach auf große Chemiereaktoren übertragen. Deshalb liegt ein Schwerpunkt der Helmholtz-Energie-Allianz auf den methodischen Themen der Skalierung und Modellierung von Mehrphasen-Reaktionsprozessen.

Darüber hinaus haben sich die Forscher auch mit neuartige Mehrphasen-Reaktoren beschäftigt. Das reicht von Mikrostruktur-Apparaten bis hin zu neuen, großskaligen Reaktorkonzepten. Zudem wurden neue Strategien für eine optimierte Prozessführung entwickelt und dank innovativer Messtechniken die Vorgänge in Chemiereaktoren sehr genau studiert.

Neue Katalysatoren für Mehrphasen-Prozesse

Ein weiterer Schwerpunkt der Allianz lag in der Entwicklung maßgeschneiderter Katalysatoren für spezielle Mehrphasen-Prozesse. Katalysatoren sind für die meisten Synthesen unverzichtbar. So standen neue Katalysator-Strukturen aus keramischen und metallischen Monolithen und Schäumen sowie dafür maßgeschneiderte metallische Trägerstrukturen und Fertigungsverfahren im Fokus. Mit neuen Berechnungsverfahren konnten die Forscher Strömung, Stoff- und Wärmetransport, aber auch die chemische Reaktion – von der einzelnen Katalysator-Pore bis zum gesamten Reaktionsapparat – modellieren.

Doch nicht nur ingenieurtechnische und physikalisch-chemische Forschungen spielen in der Helmholtz-Energie-Allianz eine Rolle. Vielmehr tragen dedizierte Systemanalysen dazu bei, die Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit neuer Reaktortechnologien über den gesamten Lebenszyklus hin zu bewerten.

Neben dem HZDR zählen zur Energie-Allianz das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universitäten TU Dresden, Ruhr-Universität Bochum, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, TU Hamburg-Harburg sowie das Fraunhofer-Institut für Keramische Systeme und Technologien (IKTS) in Dresden. Der wissenschaftlich-technische Beirat umfasst Vertreter von BASF, Evonik Industries, Linde, Bayer Technology Services und Ineos Phenol, aber auch die Abo Academy aus dem finnischen Turku gehört dazu. Die Fördersumme der Allianz lag bei knapp fünf Millionen Euro.

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