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ACHEMA-Trendbericht Prozessintensivierung & Energieeffizienz

Radikale Veränderungen für Prozessintensivierung und mehr Energieeffizienz

| Redakteur: Jörg Kempf

Wer in der Prozesstechnik deutliche Effizienzsteigerungen erzielen möchte, darf es nicht allein beim Optimieren bisheriger Verfahrensweisen belassen: Revolutionen statt langsamer Evolutionen sind angesagt. Radikale Veränderungen verspricht der Ansatz der Prozessintensivierung durch eine ganzheitliche Prozessentwicklung unter Einbindung völlig neuer Verfahrenskonzepte.

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Paradebeispiel für eine bessere Energieeffizienz ist das bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse zunehmend eingesetzte Membran-Verfahren. Hier der Blick in einen Zellensaal.
Paradebeispiel für eine bessere Energieeffizienz ist das bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse zunehmend eingesetzte Membran-Verfahren. Hier der Blick in einen Zellensaal.
( Picture: BASF )

Die deutsche Chemieindustrie hat in den vergangenen 40 Jahren den Energieeinsatz nahezu konstant gehalten, die Produktion aber gleichzeitig um ein Vielfaches erhöht: Nach Angaben des Verbands der Chemischen Industrie (VCI) ist der Energieeinsatz je Produktionsmenge um 62 Prozent geschrumpft. Dennoch sind die Möglichkeiten bei weitem noch nicht ausgeschöpft und weitere Anstrengungen zur Effizienzsteigerung sind sinnvoll. Das kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Entweder gelingt es, den Energieaufwand durch neu entwickelte Verfahren zu senken oder die Verluste werden durch Verfahrensoptimierung minimiert. Häufig sind beide Effekte miteinander verknüpft.

In diese Richtung zielen zwei europäische Projekte: Ambitionierte Zielsetzung des von der EU im 6. Rahmenprogramm mit 11,5 Millionen Euro geförderten integrierten Projekts TOPCOMBI (Towards Optimised Chemical Processes and New Materials by Combinatorial Science) ist die Entwicklung zukunftsfähiger katalytischer Prozessschritte für die chemische Industrie mit Hilfe von Hochdurchsatzmethoden. Wesentliche Ergebnisse von TOPCOMBI sind bisher u.a. die Identifikation eines viel versprechenden Katalysators zur Entfernung von Stickoxiden aus Rauchgas (DeNOx), dessen kommerzielle Weiterentwicklung durch den Projektpartner YARA außerhalb von TOPCOMBI weiter verfolgt wird. Außerdem wurden die Methoden erfolgreich in der Waschmittelformulierung durch Procter & Gamble angewendet; das führte zu einer Halbierung des Waschmittelbedarfs bei gleichzeitiger Reduktion der Waschtemperatur um 10°C.

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Das EU-Projekt CAEC (Continuous Annular Electro-Chromatography) befasst sich mit der Weiterentwicklung der Kapillarelektrochromatographie (CEC) zur Trennung von Produkten mit extrem hoher Wertschöpfung im kleinen Produktionsmaßstab in der chemischen, bio-chemischen und pharmazeutischen Industrie (z. B. API, Active Pharmaceutical Ingredients). Die CEC stellt ein sehr leistungsstarkes Werkzeug für die Trennung einer großen Zahl neu-traler sowie geladener Spezies dar. Die größte Herausforderung des Projekts besteht in der Erhöhung des Durchsatzes um einen Faktor 20.000 unter Beibehaltung der Effizienz der Trennleistung von mehr als 100 000 theoretischen Trennstufen. Initiiert von Prof. Hans-Jörg Bart von der Technischen Universität Kaiserslautern besteht das Konsortium neben dem IMM (Institut für Mikrotechnik Mainz) aus vier akademischen (TU Kaiserslautern, TU Dort-mund, TU Eindhoven, TU Graz) und drei industriellen Partnern (Novartis, Galilaeus Oy, Mi-croinnova).

Einen dritten Weg zur höheren Energieeffizienz bietet die Prozessintensivierung. Sie widmet sich – basierend auf einem vertieften Verständnis der chemischen Reaktionstechnik sowie der Transportvorgänge und ihrer mikroskaligen Elementarschritte – der Effizienzsteigerung von chemischen und verfahrenstechnischen Prozessen. Wichtige Ansatzpunkte hierfür sind die Verringerung der Zahl der Prozessschritte durch Integration, beispielsweise von Reaktion und Produktaufarbeitung, die Mikroverfahrenstechnik, die Intensivierung des Wärme- und Stoffaustauschs, die nichtklassischen Formen des Energieeintrags sowie neue Konzepte in der Prozesssteuerung und -bedienung.

Wie und auf welche Weise auch immer: Um auf den Weltmärkten wettbewerbsfähig zu bleiben, ist die Steigerung der Energieeffizienz für alle verfahrenstechnisch dominierten Unternehmen der Chemie, der Pharmazie und des Food-Bereichs ein Muss.

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