Anlagenbau Verfahrenstechnik für die Energie von morgen

Ein Gastbeitrag von Dr. Michael Haid, Geschäftsführer, EDL Anlagenbaugesellschaft; Peter Schlossnikel Geschäftsführender Gesellschafter, Pörner Ingenieurgesellschaft

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Steigende Rohstoff- und Energiepreise, schwindende Ressourcen, Materialengpässe – man könnte die Liste der Herausforderungen fortsetzen. Die Zeit zu handeln ist da – wie der moderne Anlagenbau zur Energiewende und Dekarbonisierung beitragen kann.

Das im 3-D-Druck gefertigte Modell der Hykero-Anlage – die erste industrielle Anlage zur Herstellung von 50.000 t/a e-Kerosin.
Das im 3-D-Druck gefertigte Modell der Hykero-Anlage – die erste industrielle Anlage zur Herstellung von 50.000 t/a e-Kerosin.
(Bild: EDL )

Es ist nicht übertrieben zu sagen, dass die Menschheit vor der größten Herausforderung ihrer Zeit steht: Dem Klimawandel. Knapper werdende Energieressourcen, steigende Rohstoff- und Energiepreise und der aktuelle Ukraine-Konflikt mit drohenden Öl- und Gasengpässen sind die aktuellen Themen.

Um die dafür notwendige Energiewende zu meistern, braucht es zunehmend alternative Verfahren und technische Lösungen. Dem verfahrenstechnischen Anlagenbau kommt hierbei eine Schlüsselfunktion zu, denn neue Ideen und Konzepte müssen konkret in funktionale, wirtschaftliche Anlagen umgesetzt werden.

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Für eine klimaneutrale Produktion muss sich die Verfahrensindustrie drei Schwerpunkten widmen:

  • 1. Einsatz alternativer Energieträger
  • 2. Ressourcenschonung und energieoptimierte Produktion
  • 3. Herstellung werthaltiger Produkte.

Viele Industriebetriebe haben auf diese Anforderungen bereits reagiert: In der Raffinerie und Petrochemie verschiebt sich die Produktpalette vom Kraftstoff hin zu petrochemischen Vorprodukten. Zunehmend werden Bio-Öle oder Kunststoffabfälle eingesetzt und weiterverarbeitet.

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Schluss mit unnötigen Wegen

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Doch vor allem rückt die Nutzung regenerativer Energien in den Fokus. Die Pörner Ingenieurgesellschaft aus Wien unterstützt mit ihrer verfahrenstechnischen Expertise und eigenem Know-how beim Umbau von Anlagen bzw. der Umstrukturierung der Raffinerien auf dem Weg zu energieoptimierten, CO2-reduzierten Produktionen.

Zukunftsfähige Power-to-X-Lösungen

Grüner Wasserstoff, der über Elektrolyse von Wasser mit erneuerbarem Strom erzeugt wird, gilt als ein wichtiger Bestandteil der Energiewende und wird zukünftig auch zur Herstellung sogenannter eFuels eingesetzt, also Kraftstoffen, die auf erneuerbarem Strom basieren. Diese finden insbesondere in der Luftfahrtbranche Anwendung, da es auf absehbare Zeit keine großflächig umsetzbaren Alternativen zu flüssigen Kraftstoffen gibt.

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Die EDL Anlagenbau Gesellschaft aus Leipzig, ein Tochterunternehmen der Pörner Gruppe, treibt das Thema Nachhaltigkeit im Luftfahrtsektor voran. Als Technologieunternehmen und Systemintegrator in Kombination mit jahrzehntelangen Erfahrungen im Anlagenbau hat EDL industrielle Lösungen zur Erzeugung von strombasiertem Sustainable Aviation Fuel (SAF), auch als Power-to-Liquid-(PtL-)Kerosin bezeichnet, entwickelt. Qualitätsmerkmale wie industrielle Betriebssicherheit, eine überlegene CO2-Effizienz, volle Skalierbarkeit und standardgerechte, qualitativ hochwertige SAF-Produkte werden nicht zuletzt durch die Integration von Verfahren weltweit führender Systempartner in die EDL-Technologien erreicht. Power-to-X-Anlagenlösungen sind für zwei unterschiedliche Einsatzstoffe verfügbar – CO2 aus der Luft und nachhaltige Kohlenstoffquellen.

So hat EDL mit dem Hykero-Projekt (aus dem Englischen „hydrogen“ und „kerosene“), einem der ausgewählten IPCEI-Projekte (IPCEI = Important Projects of Common European Interest), den Hykero-Prozess auf Basis von „Technology Readiness Level 9“-Technologien entwickelt, der bereits heute die kommerzielle Herstellung von PtL-Kerosin erlaubt.

Die Hykero-Anlage mit einer Produktionskapazität von 50.000 Tonnen PtL-Kerosin jährlich wird in Böhlen-Lippendorf, südlich von Leipzig errichtet werden. Der Standort bietet ideale Infrastrukturbedingungen und liegt zudem unweit des Flughafens Leipzig-Halle. Es wird die weltweit größte industrielle Anlage sein.

Mittels Elektrolyse wird grüner Wasserstoff erzeugt, der anschließend zur Synthesegasherstellung genutzt und in weiteren Prozessstufen in erneuerbaren synthetischen Flugkraftstoff umgewandelt wird. Das erste grüne Kerosin soll 2026 verfügbar sein und wird nur aus grünen Ausgangsstoffen hergestellt: erneuerbarem Strom, nachhaltigem Kohlenstoff und Wasser. Die innovative Anlagenkonzeption ermöglicht einen ökobilanziell emissionsfreien Anlagenbetrieb, da Prozessgase und anfallende Nebenprodukte innerhalb der Anlage vollständig genutzt werden. Somit wird ein CO2-neutraler Fußabdruck der Hykero-Anlage gewährleistet.

Biomasse - ein nachwachsender Energieträger

Eine weitere Möglichkeit Erdgas zu substituieren, ist die Nutzung von Rest-Biomassen. So kann aus Schad-, Fall- und Sturmholz sowie Holzabfällen mittels Torrefizierung und Vergasung hochwertiges grünes Synthesegas erzeugt werden. Durch eine entsprechende Nachbehandlung wie Gasreinigung und Methanisierung wird das Gas zu Biomethan oder Wasserstoff weiterverarbeitet und ins Gasnetz eingespeist. Da Holzabfälle genutzt werden, bleiben Waldflächen erhalten, die ihrerseits einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des CO2-Gehaltes beitragen.

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Die Torrefizierung ist eine thermische Behandlung von Biomasse bei 250 bis 280 Grad Celcius. Die torrefizierte Biomasse weist eine erhöhte Energiedichte auf, verrottet nicht mehr und kann in Form von Pellets als homogener und kontinuierlicher Rohstoff eingesetzt werden. In der nachfolgenden zweistufigen Vergasungstechnologie entsteht das vielseitig einsetzbare Biosynthesegas sowie Biokohle, die u.a. als Aktivkohle für die Wasser- oder Rauchgasreinigung oder als Dünger verwendet werden kann.

Insgesamt bietet aus torrefizierter Bio- und Restmasse hergestelltes Synthesegas eine vielseitige, skalierbare und kostengünstige Möglichkeit für CO2-reduzierte Produktionsprozesse.

Pörner plant und entwickelt derzeit in den Niederlanden eine 25 Megawatt-Anlage zur Vergasung von torrefizierter Biomasse und Restholz. Der Prozess wurde in den letzten Monaten weiterentwickelt, sodass auch die Prozessabwärme wirtschaftlich genutzt und die Effizienz des Gesamtprozesses signifikant erhöht wird. Die Errichtung der Anlage soll im Herbst 2022 starten.

Umweltschutz durch Ressourcenschonung

Für mehr Umweltschutz hat EDL eine Technologie zum Kunststoffrecycling entwickelt. Das patentierte Verfahren zur Depolymerisation polyolefinischer Kunststoffabfälle wandelt Polyethylen- und Polypropylen-Abfälle in werthaltige Produkte wie Wachse und Kohlenwasserstoffe um. Somit werden Kunststoffabfälle wieder zu einem wertvollen Rohstoff für die Industrie.

BEST OF INDUSTRY AWARD

Wir stellen Innovationen ins Rampenlicht

Heute mehr denn je benötigt die Industrie Innovationen und neue Ansätze, um die Herausforderungen der Gegenwart und Zukunft zu meistern. Aber welche Lösungen stechen wirklich aus der Masse hervor? Seit 2016 beantwortet der Best of Industry Award diese Frage und kührt jährlich die Besten der Besten.

Immer mehr Unternehmen achten auf Energieoptimierung und Kreislaufwirtschaft. Jüngste Beispiele aus den Aufträgen der Pörner Gruppe verdeutlichen dies: RWE investierte in eine Anlage für Phosphor-Recycling aus Klärschlamm, PCK optimierte die Aromatenextraktion ihrer Raffinerie und mit dem Bau der dritten Altölaufbereitungsanlage in Tröglitz investiert Puraglobe langfristig in eine nachhaltige Nutzung von Altölen.

Herstellung werthaltiger Produkte

Nachhaltigkeit bedeutet ebenso, Produkte herzustellen, die noch stärker auf Anwendung, Lebensdauer und Nachnutzung optimiert sind. Als technologieorientierter Anlagenplaner entwickelt Pörner auch selbst umweltfreundliche Wertstoffverfahren. So hat das Unternehmen ein Verfahren zur Herstellung von Bio-Silikaten aus der Asche von Reisschalen entwickelt, das gute 70 Prozent des CO2-Fußabdrucks der konventionellen Hochtemperatur-Herstellung aus Quarzsand einspart. Bei der weltweiten Reisproduktion von ca. 700 Millionen Tonnen im Jahr fallen etwa 20 Prozent Reishülsen an. Diese können in modernen Biomasse-Kraftwerken zu klimafreundlicher, erneuerbarer grüner Energie konvertiert werden. Dabei verbleibt wiederum 20 Prozent Reishülsenasche (RHA), welche bisher deponiert werden muss. Die RHA enthält ca. 90 Prozent Silizium. Das neuartige, patentierte Verfahren nutzt das Abfallprodukt RHA durch Aufbereitung und Laugung zu hochreinen hochwertigen High-Tech-Bio-Silikaten, welche ein wichtiger Grundstoff für viele industrielle Anwendungen (Waschmittel, Kosmetika, Bauprodukte und Silica u.a. für „green tires“) sind. Weltweit beträgt der Bedarf über sechs Millionen Tonnen – Tendenz steigend.

Herausforderungen und Chancen

Durch die aktuellen weltpolitischen Entwicklungen nimmt die Energiewende Fahrt auf. Für die Industrie bringt dies große Herausforderungen, aber auch große Chancen. Der verfahrenstechnische Anlagenbau spielt dabei eine zentrale Rolle, um mit technologischen Innovationen die erforderlichen Transformationen zu meistern. Damit kann die internationale Wettbewerbsfähigkeit Europas langfristig gestärkt werden.

Die umweltgerechte Umstellung der Energie- und Produktionssysteme erfordert hohe Investitionen, aber schafft neue Wertschöpfungsketten und wird damit zur Basis für die wirtschaftliche Entwicklung der nächsten Jahrzehnte. Eine flächendeckende Umsetzung wird allerdings nur gelingen, wenn einheitliche gesetzliche Rahmenbedingungen geschaffen werden.

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