Radikale Veränderungen für Prozessintensivierung und mehr Energieeffizienz

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Das gilt vor allem vor dem Hintergrund des weltweiten Wachstums von Bevölkerung und Wohlstand: Bis 2030 erwartet die Internationale Energieagentur IEA eine Erhöhung des En-ergiebedarfs um bis zu 50 Prozent, was parallel zu einem Anstieg der Kohlendioxid-Emissionen und damit einer Verschärfung der Klimaproblematik führen wird. Ziel muss es deshalb sein, die Energieeffizienz im Auge zu behalten – das ist nach wie vor der Königsweg, Ressourcen zu sparen. BASF-Vorstandschef Jürgen Hambrecht hat dazu ein eindrucksvolles Bild gewählt: „Die größte Ölquelle liegt unter Deutschland: Es ist die Energieeffizienz.“

Paradebeispiel für eine bessere Energieeffizienz ist das bei der Chlor-Alkali-Elektrolyse zunehmend eingesetzte Membran-Verfahren. Benötigten die in der Vergangenheit dominierenden Amalgam- und Diaphragmaverfahren zwischen 2400 und 3400 kWh/t Chlor, sind es beim Membran-Verfahren 2400 bis 2700 kWh/t Chlor. Berücksichtigt man noch den Wärmebedarf zur Konzentration der gleichzeitig anfallenden Natronlauge, führt das Membranver-fahren (in Abhängigkeit von Standortbedingungen) zu Energieeinsparungen von bis zu 25 Prozent. Die deutschen Chlorproduzenten betreiben inzwischen die Hälfte ihrer Anlagen nach diesem Verfahren; die Substitution wird fortgesetzt.

Ein beträchtlicher Anteil der Energiekosten von Anlagen der Prozesstechnik wird durch Auf-heizen und Abkühlen von Stoffströmen verursacht. Um diese Kosten zu senken, müssen Maßnahmen zur Energieeinsparung bereits in den ersten Stadien der Prozessentwicklung berücksichtigt werden, indem Prozesse integriert und Konzepte zur Wärmeintegration und –rückgewinnung entwickelt werden.

Der Anteil der Energiekosten an den Betriebskosten beträgt in der chemischen Industrie im Mittel zehn Prozent – er reicht von zwei Prozent in der Pharmaindustrie bis zu 40 Prozent in der Grundstoffchemie. Drei Punkte sind von grundlegender Bedeutung:

• Für jedes Produkt existiert ein spezifischer Mindestenergieverbrauch bzw. -gewinn, der nicht unter- bzw. überschritten werden kann.
• Bei den meisten chemischen Reaktionen muss zunächst eine Aktivierungsenergie überwunden werden.
• Die Aufarbeitung der Produkte ist häufig durch aufwändige Trennprozesse sehr energieintensiv.

Wo also kann man hier ansetzen, um Verbesserungen zu erreichen? Vor allem gilt: Zur Steigerung der Energieeffizienz von Produktionsprozessen ist eine ganzheitliche Prozessbetrachtung von der chemischen Reaktion bis zur Formulierung des Produktes und die Weiter-entwicklung von innovativen Technologien notwendig.

Die ganzheitliche Betrachtung ermöglicht oft eine Verringerung der Anzahl von Prozesss-chritten durch Kombination von mehreren Verfahrensschritten in einem Prozess; beispielsweise können Wärme- und Stofftransport verknüpft werden oder Reaktion und Separation in einem Apparat zusammengeführt werden. Dies führt zu einer signifikanten Senkung der Betriebskosten und des Energieeintrages für den Gesamtprozess.

Eine empfehlenswerte Methode für die systematische Lösung von Wärmeintegrationsproblemen stellt die Pinch-Technologie dar. Sie gestattet die energetische Analyse des Systems anhand der grafischen Darstellung der zu- und abgeführten Enthalpieströme.

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