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Otto von Guericke – Preisträger 2018: Dr.-Ing. Grzegorz Śliwiński und Dipl.-Ing. (FH) Michael Werner (Quelle: AiF)

Für die Entwicklung eines kindgerechten Therapiegeräts und einer Simulationsplattform für die Skoliosebehandlung haben Dr.-Ing. Grzegorz Śliwiński von der Technischen Universität (TU) Dresden und Dipl.-Ing. (FH) Michael Werner vom Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umform­technik (IWU) in Chemnitz den Otto von Guericke-Preis der AiF erhalten. Der Preis wird einmal im Jahr für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der IGF vergeben und ist mit 10.000 Euro dotiert. Koordiniert wurde das Projekt vom AiF-Mitglied DECHEMA; dort ist die Medizintechnik eines von sieben Fokusthemen. Wir sprachen mit dem Geschäftsführer der DECHEMA, Prof. D. Kurt Wagemann.

Welche Rolle spielt Medizintechnik in der DECHEMA?

Wagemann: Auf den ersten Blick verwundert es vielleicht, dass wir als Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie Medizintechnik als ein Fokusthema benannt haben. Es gibt aber viele thematische Schnittmengen und Synergien – drei Beispiele sollen dies veranschaulichen: Zellkulturtechniken aus der Biotechnologie können Gewebeersatz produzieren, aber ebenso auch für die Pharmaentwicklung eingesetzt werden – übrigens war dies das Thema des gleichfalls von uns nominierten Otto von Guericke-Preisträgers 2013, Tobias May! Zweites Beispiel: Werkstoffe für Implantate – stellen Sie sich vor, man würde sich mit deren Korrosionsverhalten nicht befassen. In der Sensorik basieren viele Anwendungen auf dem gleichen Messprinzip – mit einem Gassensor lassen sich Fermentationsgase ebenso wie Atemgas analysieren. Biotechnologie, Prozesstechnik und Medizintechnik können stark voneinander profitieren, das ist meine feste Überzeugung.

Planen Sie weitere Aktivitäten in diesem Bereich?

Wir haben durch die Fusion mit der Gesellschaft fms im letzten Jahr unsere Kompetenzen erweitert – wobei ich dazu sagen möchte, dass die Medizintechnik schon lange an verschiedenen Stellen der DECHEMA ihren Platz hatte, sei es in der Sensorik, verschiedenen Anknüpfungspunkten zur Zellkulturtechnik oder in der Werkstoff-Forschung des DECHEMA-Forschungsinstituts. Zukünftig möchten wir uns auf diesem Gebiet weiter verstärken. Dabei können wir die besonderen Stärken der DECHEMA ausspielen: Anwendungsorientierung, Interdisziplinarität und das Bestreben, mit Technologie das Leben der Menschen zu verbessern.

Mehr zur Medizintechnik in der DECHEMA

Weitere Informationen zum Otto von Guericke-Preis 2018

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von Edward Nürenberg, Timo Rabe und Sebastian Leubner

Während der Promotion kann es oft schwierig sein, das universitäre Umfeld zu verlassen und sich Anregungen für die spätere berufliche Laufbahn anzueignen. Der Workshop „Zeolites in Contemporary Applications” der ProcessNet-Fachgruppe Zeolithe und der BASF SE am 17.-19.09.2018 in Ludwigshafen gab 20 Studenten und Promotionsstudenten der Chemie und MaterialwisGruppenbildsenschaften aus ganz Deutschland genau dazu die Möglichkeit. Gemeinsam mit sechs fachkundigen Experten auf dem Gebiet der Zeolithe und porösen Materialien in Bezug auf Katalyse diskutierten sie aktuelle Anwendungen von Zeolithen und bekamen so Einblicke in die aktuelle Forschung und Anwendung dieser vielseitigen Materialien.

Deutsche Zeolith-Tagung 2019

Mehr zu Zeolithen gibt es vom 6.-8. März 2019 bei der Deutschen Zeolith-Tagung. Reichen Sie bis zum 3. Dezember Ihren Beitrag ein!

Das wissenschaftliche Programm umfasste vier Vorträge aus dem Bereich der akademischen Forschung und zwei anwendungsorientierte Präsentationen von Wissenschaftlern der BASF SE. Eine Postersession ermöglichte das weite Feld der Zeolith-Forschung aktiv zu erkunden, eigene Forschungsergebnisse zu präsentieren sowie in regen wissenschaftlichen Austausch mit anderen Teilnehmern und Vertretern der BASF SE zu treten.

Eine Busrundfahrt über das BASF-Gelände verschaffte einen beeindruckenden Einblick in die größte zusammenhängende Chemieanlage der Welt. Die anschließende Podiumsdiskussion mit Vertretern von Universitäten und der Industrie rundete die Veranstaltung ab.

Der Workshop war sehr gut von der BASF und der Fachgruppe Zeolithe organisiert, umfasste eine breite Auswahl von relevanten wissenschaftlichen Themen und bot gute Möglichkeiten zu Interaktionen zwischen den akademischen Teilnehmern untereinander sowie mit den Vertretern der BASF. Besonders spannend am Programm war die Verbindung zwischen industriell etablierten Zeolith-basierten Systemen und futuristischen Neuentwicklungen, welche schon gegenwärtig und in Zukunft in wichtigen Bereichen wie der Medizin, Wasseraufbereitung, Katalyse, Energiespeicherung und vielen anderen von hoher Relevanz sein werden.

Der Workshop kombinierte hervorragend zwei Facetten; zum einen über aktuelle und schon dagewesene Forschung mit Experten auf diesem Gebiet zu diskutieren und sich selbst weiterzubilden und zum anderen die innere Struktur eines Großkonzernes kennenzulernen. So war dieser Workshop eine wunderbare Chance, einen Einblick in die die Welt jenseits der Universität zu bekommen.

 

Die Vielfalt der Technologien ist für die Prozessindustrie beim Thema Digitalisierung bei betrieblichen Sicherheitsthemen eine besondere Herausforderung. Zu dieser Einschätzung kommt Hans Volkmar Schwarz, Vice President Process Safety Projects bei BASF. Wir sprachen mit ihm wenige Tage vor der „European Conference on Process Safety and Big Data“ in Frankfurt.

DECHEMA: Was sind aus Ihrer Sicht die größten Herausforderungen im Bereich Digitalisierung für die Prozessindustrie?

Hans Volkmar Schwarz: Momentan geht es darum, für die vielen Ideen, die es gibt, auch Business Cases zu haben. Man möchte das Geld ja für die Dinge ausgeben, die Effizienz, Effektivität und Wirtschaftlichkeit verbessern.Die Herausforderung ist es, zu verstehen, welche auf Sicherheit bezogenen Arbeitsprozesse durch Digitalisierung verbessert oder gar in disruptiver Weise ersetzt werden können, um damit bessere Safety-Ergebnisse zu erreichen.

DECHEMA: Wenn Sie an die Konferenz Anfang November denken, gibt es etwas, worauf Sie sich besonders freuen?

 Schwarz: Vor dem oben beschriebenen Hintergrund der Optimierung von Arbeitsprozessen freue ich mich darauf, im Rahmen der Konferenz Beispiele und Erfahrungsberichte zu hören, die zu verbesserter Sicherheitsleistung führen werden, unnd natürlich auch neue Methoden und Vorschläge für Anwendungen.

Mehr zur Konferenz sowie Anmeldung unter https://www.aiche.org/ccps/conferences/european-conference-on-process-safety-and-big-data/2018

Herr Professor Fischer, Schokolade oder Bier sind uralte Lebensmittel, die sich über Jahrhunderte entwickelt haben. Was gibt es daran heute noch zu verbessern?

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Univ.-Prof. Dr. Lutz Fischer

Fischer: Es geht hier beispielsweise um die geschmacklichen und gesundheitlichen Eigenschaften der Produkte. Beide Qualitätseigenschaften sollen für den Konsumenten gesichert für eine möglichst lange Aufbewahrungszeit und bei unterschiedlichen Transport- und Lagerbedingungen gewährleistet sein.

Läuft der Einsatz moderner biotechnologischer Methoden in der Lebensmittelherstellung nicht dem Wunsch vieler Verbraucher nach möglichst naturbelassenen Lebensmitteln entgegen?

Fischer: Beides hat nicht logischer Weise etwas miteinander zu tun. Was bedeutet „naturbelassen“? Ein nicht verarbeitetes Lebensmittel wie eine Banane, Apfel oder Mohrrübe könnte als „naturbelassen“, weil nicht weiter verarbeitet essbar, betrachtet werden. Die allermeisten Lebensmittel müssen für den Verzehr jedoch verarbeitet, also z.B. gewaschen, erhitzt, zerkleinert, mit anderen Komponenten vermischt und hygienisch einwandfrei abgepackt werden. Biotechnologie ist NICHT gleich Gentechnik, falls Sie darauf anspielen. Moderne biotechnologisch Verfahren sind beispielsweise Membrantrenntechniken, Ultrahochdruckverfahren, modifizierte Fermentationsverfahren u.a.m. Dabei bleiben die Lebensmittel durchaus „naturbelassen“, sie werden nur gesundheitlich gesehen sicherer und länger haltbar.

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Mehr zum Thema erfahren Sie beim DECHEMA-Kolloquium „Neue Trends bei traditionellen Lebensmitteln“ am 26. November 2018 in Frankfurt – melden Sie sich kostenfrei an!

Welche Vorteile bietet die Biotechnologie gegenüber anderen Wegen der Lebensmittelverarbeitung?

Fischer: Im Grunde genommen ist dies wieder eine Definitionssache des Begriffs „Biotechnologie“. Da Lebensmittel grundsätzlich aus pflanzlichen, tierischen oder mikrobiellen Rohwaren – also Biomasse – bestehen, fällt jegliche Verarbeitung davon in die weitestgehende Definition der „Biotechnologie“. Es ist dann eher eine Frage des Blickwinkels, ob ich eine Verarbeitung von Lebensmitteln als reine Verfahrenstechnik oder Biotechnologie, die als interdisziplinäre Wissenschaftsdisziplin die Verfahrenstechnik definitionsgemäß mit beinhaltet, ansehen möchte. Nimmt man eine engere Sichtweise der Disziplinen ein, so könnte die Biotechnologie in der Betrachtung von molekularen Ursachen und Prinzipien der Biomolekülveränderung in Lebensmitteln betrachtet werden. Dann kommen enzymatische bzw. biokatalytische Prozesse in den Mittelpunkt der Betrachtung, die als Riesenvorteil gegenüber anderen Prozessen angesehen werden können, da sie SELEKTIV im Lebensmittel wirken und, wie bei einem chirurgischen Eingriff in einer Operation, als molekulare Skalpelle für die Verbesserung von Lebensmitteleigenschaften genutzt werden können.

Und zum Schluss eine persönliche Frage: Welches Lebensmittel, dass in den letzten Jahren neu oder anders auf den Markt gekommen ist, empfinden Sie persönlich als Bereicherung für Ihren Speiseplan?

Fischer: Persönlich finde ich die pro- und prebiotischen Milchprodukte als große Bereicherung für meinen Speiseplan. Diese Produkte schmecken mir nicht nur sehr gut, sondern haben für mich auch noch einen besonderen gesundheitlichen Effekt für meine Verdauung und mein Immunsystem. Ich bin zwar nicht Betroffener, aber die lactosefreien oder glutenfreien Lebensmittel finde ich ebenfalls bereichernd, da hier Menschen mit individuellen Lebenmittelunverträglichkeiten ein attraktiverer und gesünderer Speiseplan offeriert werden kann.

Wir sprachen mit Univ.-Prof. Dr. Lutz Fischer vom Institute of Food Science and Biotechnology an der Universität Hohenheim. Er ist Vorsitzender der DECHEMA-Fachgruppe Lebensmittelbiotechnologie.

Können sich Anlagenplaner und Betreiber dank Digitalisierung bald gemütlich zurücklehnen und der Steuerung im digitalen Zwilling die Arbeit überlassen? Nein, denn es bleibt noch viel zu tun. Das zeigt unter anderem der Zwischenstand des Projektes ENPRO. Mit dem Betreuer Linus Schulz haben wir über neue Erkenntnisse und den Ausblick auf Phase 2 gesprochen.

dechema_2016_004DECHEMA: Die erste Projektphase ist beendet, die zweite Phase hat begonnen. Wenn Sie jetzt eine Zwischenbilanz ziehen müssten, was hat Sie am meisten überrascht?

Linus Schulz, ENPRO-Projekt: Aus einer naiven Sicht hat es mich überrascht, wie schwierig das Zusammenspiel von automatisierten Komponenten ist. Auch die unterschiedlichen Moduldefinitionen, das war überraschend, wie schwierig das ist. Wir haben das Projekt „Modularisierung“; da kam, auch erstaunlich für die ganzen Projektbeteiligten, die Frage auf „Wie definiere ich eigentlich ein Modul?“.

DECHEMA: Welche Konsequenzen hatte das für die Diskussionen im Projekt?

Schulz: Wir haben ganz lange über diese Frage diskutieren müssen, weil die einzelnen Charaktere in der Thematik das jeweils anders gesehen haben. Ein Großanlagenbauer sieht das anders als ein Apparatehersteller. Für viele Firmen ist es ein Modul, wenn die sagen, wir setzen etwas in einen 20-Fuß-Container. Das ist aber ein völlig individualisierter 20-Fuß-Container. Für jemanden, der sich mit Automatisierung beschäftigt, ist das eine individualisierte Kleinanlage.

DECHEMA: Wie weit ist denn die Standardisierung in dem Bereich gekommen?

Schulz: Bei der Automatisierungstechnik sind die ersten Weißdrucke an VDI-Richtlinien raus, bei den verfahrenstechnischen Schnittstellen und Auslegungen soll Ende des Jahres der erste Gründruck herauskommen. Wir befinden uns derzeit aktiv in der Standardisierung. Beim MTP, also beim Modul Type Package im NAMUR-Projekt, gibt es eine erste standardisierte Beschreibung eines Moduls. Das ist noch nicht in der Anwendung, aber die ersten Firmen bauen es mittlerweile in ihre Software ein.

 

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Mehr zu ENPRO und zur Digitalisierung in der Anlagen- und Prozesstechnik erfahren Sie beim Jahrestreffen – melden Sie sich jetzt an unter www.dechema.de/paat2018

 

 

DECHEMA: Gibt es in der zweiten Phase des Projekts, die jetzt läuft, etwas, bei dem Sie sagen, das finde ich besonders spannend?

Schulz: Da bin ich beim Projekt ORCA. Was ich da das Spannende finde ist, dass sie mit dem Regierungspräsidium in Darmstadt zusammenarbeiten, um die Genehmigung von modularen Anlagen zu besprechen. und auch schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt die Genehmigungsverfahren vielleicht anzupassen. Also, dass nicht nur reine Projektarbeit getan wird, sondern dass da schon während der Projektlaufzeit auch die Regularien angeschaut und eventuell auch Lösungsvorschläge erarbeitet werden. Das ist etwas, was ich so aus ganz wenigen Forschungsprojekten kenne. Also hier ist es so, dass erkannt wurde, dass eine der großen Herausforderungen sein wird, eine modulare Anlage nicht nur technisch zu lösen, sondern auch von den Regularien her. Weil wenn die Regularien nicht stimmen, muss ich eine modulare Anlage, wenn ich sie wieder umbaue, wieder komplett neu genehmigen lassen.

DECHEMA: Wie geht es weiter bei ENPRO? Warum lohnt sich das Mitmachen?

Schulz: Wir haben Projekte, die noch nicht genehmigt, aber in der Vorbereitung sind. Da geht es zum Beispiel um Logistik, um Auswahlverfahren für Module und Apparate, um eine weitere und  bessere Datenintegration. Also es ist ein ganz großer Blumenstrauß an verschiedenen Themen, die aber alle die Idee der Prozessbeschleunigung und Energieeffizienz in sich tragen. Und es lohnt sich mitzumachen, weil die Einzelprojekte eine relativ große Freiheit haben, wie sie ihre Forschung selbst organisieren und gleichzeitig  den Mehrwert eines sehr intensiven Austauschs mit Gleichgesinnten bieten.

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In der Regel werden bei Elektrolysen Flüssigkeiten wie Wasser oder in Flüssigkeiten gelöste Ionen, z.B. zu Metallen oder Chlor, umgesetzt. Was aber, wenn ein Gas elektrolytisch gespalten werden soll? Dieser Herausforderung stellen sich Wissenschaftler von Siemens im Forschungsprojekt „Rheticus“. Dabei soll mit Hilfe von Strom aus regenerativen Quellen Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid umgesetzt werden. Bei der Entwicklung kam den Forschern der Zufall zu Hilfe, erzählt Günter Schmid, Principal Key Expert Research Scientist bei Siemens: „Kollegen von Covestro und ich habe vor einiger Zeit entdeckt, dass Sauerstoffverzehr-Kathoden aus der Chloralkalielektrolyse auch in der Lage sind, CO2 zu reduzieren. Natürlich ist einiges an Nachentwicklung notwendig, aber wir konnten in einer gemeinsamen Veröffentlichung von Evonik, Covestro und Siemens bereits eine Lebensdauer von 1200 Stunden nachweisen.“ Im Kopernikus-Satellitenprojekt Rheticus arbeiten die Unternehmen jetzt daran, diese Elektrolyse in den industriellen Maßstab zu bringen. Das gebildete CO dient dann als Grundlage für einen fermentativen Prozess, in dem Butanol und Hexanol erzeugt werden.

Der kontinuierliche Betrieb sei am Anfang die größere Herausforderung gewesen, erzählt Schmid: Die Elektrolysezelle basiert auf zwei Kreisläufen: Auf der Anodenseite wird Wasser oxidiert. An der Kathode wird CO2 zu CO reduziert. Eine der Herausforderungen: Die Löslichkeit von CO2 in Wasser. „In einer Limoflasche sind maximal 2 g CO2 pro Liter gelöst. Das ist nicht viel, Stromdichten von mehreren 100 mA pro cm² kann man damit nicht erreichen“, erklärt Schmid. „Deshalb setzt man die sogenannte Gasdiffusionselektrode ein.“ Deren Kern bildet ein Metall- oder Kunststoffgitter, in das ein Katalysator eingepresst wird. Dabei muss die Porengröße so bemessen sein, dass der Elektrolyt nicht hindurchläuft, aber Gas eindringen kann. Dass das CO2 den Wettbewerb um Elektronen gegen das umgebende Wasser gewinnt, obwohl an der Elektrodengrenzfläche die Relation 2 Gramm CO2 pro kg Wasser beträgt, liegt an der hohen Überspannung des Silbers gegenüber Wasserstoff – stimmt hier ein Parameter nicht, entsteht anstelle des CO vor allem Wasserstoff. „Wie man diese Faraday-Effizienz richtig „tuned“, haben wir im Projekt gelernt“, sagt Günter Schmid. Bei Design und Optimierung solcher Gasdiffusionselektroden sind zahlreiche Faktoren zu beachten – Leitfähigkeit, Morphologie, chemische Zusammensetzung, Porosität und Durchdringdruck, bei dem das Gas eindringt, aber nicht „durchblubbert“. Und natürlich spielen sie auch beim Scale-up eine entscheidende Rolle.

PF Electrolysis AnzeigeUm den Stromkreis zu schließen und einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, müssen Ladungsträger zwischen Wasser und CO2 hin und her bewegt werden. „Im einfachsten Fall sollten die Protonen, die an der Anode entstehen, das Hydroxid an der Kathode neutralisierten und so hätten wir unseren Stromkreis geschlossen“, erklärt Schmid. Der Teufel liegt im Detail, denn je nachdem, welche der vorhandenen Ionen für den Ladungsausgleich sorgen, kommt es zu unerwünschten Nebenreaktionen. Über die Konzentration des Elektrolyten und die Auswahl der Membran lässt sich zwar steuern, welche Ionen zwischen den Zellen wandern. Aber die Ionen nehmen beim Durchtreten der Membran immer auch Wassermoleküle mit, und damit kommt es im Laufe des Betriebs zu Verdünnungs- und Konzentrationseffekten in den Teilzellen. Deshalb haben die Forscher ein System entwickelt, bei dem in einem externen Mischgefäß für einen Ausgleich gesorgt wird. Zudem wurde die Anode direkt auf die Membran aufgebracht, um mit einer „Zero-Gap-Anordnung“ möglichst wenig Elektrolytwiderstand zu erreichen. „Wenn das ausbalanciert ist, läuft es – auch nach 1250 Stunden war die Versuchsanordnung stabil“, erklärt Schmid.

Da es sich bei der Elektrolyse um eine Flächentechnologie handelt, steht dann als nächster Schritt für die Skalierung ins Volumen die Verschaltung mehrerer Zellen zu einem Stack an. Durch das Hintereinanderschalten der Einzelzellen mit 3-5 Volt Betriebsspannung wird der Elektrolyseur auch kompatibel zu den deutlich höheren Spannungen, die das Netz bereitstellt.

Im Rahmen des Projektes ist es gelungen, ohne Akkumulation von Nebenprodukten Stromdichten von 300 mA/cm² zu erreichen. „Damit hatten wir eine Schwelle überschritten, wo man sich sagt: Wir sollten weitermachen“, sagt Schmid. Aktuell geht es nun darum, die Plattengrößen auf 300 cm² zu erhöhen; der Wunsch der Wissenschaftler wäre eine 3 m²-Elektrode wie in der Chloralkalielektrolyse, in der allerdings 120 Jahre Entwicklung stecken. Doch Günter Schmid ist optimistisch; im Dezember 2019 soll die erste Anlage in den Testbetrieb gehen und aus erneuerbarer Energie Chemikalien erzeugen.

Wenn Sie mehr über neue Technologien und Anwendungen für Elektrolyse hören wollen, registrieren Sie sich jetzt für das PRAXISforum „Electrolysis in Industry“ am 22. und 23. November 2018 in Frankfurt.

Dass Forschungsprojekte erfolgreich sind, ist glücklicherweise keine Seltenheit. Dass sie  allerdings so erfolgreich sind, dass zwei Großunternehmen nach einem Projektjahr den Bau einer Kleinanlage ins Auge fassen, ist dann doch eher selten. Grund genug, einmal nachzufragen – bei Dr. Günter Schmid, Principal Key Expert Research Scientist bei Siemens:

GSchmidHerr Schmid, herzlichen Glückwunsch an Sie und Ihren Projektpartner Dr. Thomas Haas von Evonik – Sie sind quasi von Ihrem Erfolg überrollt worden.

Ja, das kann man sagen. Unser Projekt ist im ersten Jahr so erfolgreich gelaufen, dass wir uns entschieden haben, den nächsten Schritt zu gehen und in Richtung einer vollständig automatisierten Kleinanlage zu skalieren. Derzeit planen wir, im Dezember 2019 unsere Einzelprozesse zu verkoppeln.

Worum geht es im Projekt von Siemens und Evonik genau?

Unser Projekt heißt Rheticus und ist ein Satellitenprojekt der Kopernikus-Initiative. Wir wollen aus erneuerbaren Rohstoffen Spezialchemikalien herstellen. Die „Rohstoffe“ sind Elektronen aus erneuerbarer Energie, CO2 und Wasser. Die Energie bringen wir über eine Elektrolyse in das System: Wir elektrolysieren CO2 zu Kohlenmonoxid, Wasser zu Wasserstoff, und das verfüttern wir dann an die Bakterien.

Warum setzen Sie ausgerechnet auf ein biotechnologisches Verfahren?

Wir arbeiten mit anaeroben Bakterien, wie sie beispielsweise an „Black Smokern“ in der Tiefsee vorkommen. Wir benutzen zwei Bakterienstämme, bei denen einer der Stämme  ein Gasgemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid zu Acetat und Ethanol umsetzt. Ein zweiter Stamm produziert aus diesen Intermediaten anschließend Butanol und Hexanol.

Die Biotechnologie bietet zwei Vorteile: Sie arbeitet sehr selektiv und effizient in der CO2 Nutzung, und sie lässt sich dezentral einsetzen, auch unabhängig von einem integrierten Chemiestandort. Wir können solche Anlagen dort aufbauen, wo auch die erneuerbaren Energien anfallen.

 

 

Wie sind Sie bei der Auswahl der Zielprodukte vorgegangen?

An dieser Frage haben wir ziemlich lang gearbeitet. Bei fossil basierten Produkten bezahlt man nur für Prozess, Transport und Förderung, aber nicht für den Energieinhalt. Bei Produkten auf Basis erneuerbarer Energie ist der Energieinhalt einer der größten Kostentreiber. Wir brauchen also Produkte, bei denen der Anteil der Energie an den Kosten möglichst gering ist, und das ist bei der Spezialchemie der Fall. Außerdem können wir mit kleineren Anlagen starten, bevor wir dann in den Bereich der Bulkchemikalien oder der Kraftstoffe eintreten.

 

Wie sauber muss das CO2 sein, das Sie einsetzen?

Die Ansprüche an das CO2 sind vergleichsweise gering. So stören viele Schwefelverbindungen oder Sauerstoff den Prozess nicht, nur Metalle, die als Katalysatorgifte wirken, müssen vorab aus dem Rauchgas entfernt werden. Wir gehen aber trotzdem davon aus, dass wir das CO2 vorher aufreinigen, denn das können wir leicht aus Luft abtrennen, während Kohlenmonoxid sehr schwer von Stickstoff und Sauerstoff zu befreien ist.

 Wo liegt die größte technische Hürde?

Im Moment sind wir in der Fermentation im 2-Liter-Maßstab und wir wollen in den Kubikmeter-Maßstab kommen. Wir müssen also sowohl die Elektrolyse als auch die Bioreaktoren scalieren. Bisher hat noch niemand einen Gas-/Gas-Elektrolyseur gebaut, schon gar nicht in diesen Größenordnungen.

Inwieweit ist die Technologie auch dazu geeignet, Schwankungen in der Stromerzeugung abzupuffern?

Die Technologie ist sehr flexibel. Wir haben Betriebsmodi entwickelt, bei denen man die Leistung rauf- und runterfahren kann. Die untere Grenze bildet ein Standby-Modus; das ist auch für die Fermentation anwendbar.

Was ist Ihr nächstes Ziel?

Bis jetzt entwickeln wir die Einzelkomponenten aus dem Labormaßstab von 10 cm² auf 300 cm² – das ist ein Riesensprung. Für die weitere Skalierung bauen wir dann mehrere Zellen – ein Stack aus etwa zehn Zellen wäre ein Zwischenschritt, mit dem man erst einmal alles demonstrieren kann, was man so braucht. Wir haben im Rahmen von Kopernikus einen kontinuierlichen Betriebsmodus entwickelt, und in 2019 wird die erste echte Kopplung mit allen Anlagen stattfinden. Ziel ist eine automatisierte Kleinanlage, die eine kleine zweistellige Tonnage pro Jahr produzieren kann. Das heißt, wir sprechen von Elektrolyseuren im Kilowattbereich und Fermentern von im Bereich von 1 m³ Größe.

Wer mehr zu den vielen Einsatzmöglichkeiten der Elektrolyse und den aktuellesten technischen Entwicklungen erfahren und sich mit anderen Experten austauschen möchte, hat dazu Gelegenheit beim PRAXISforum Electrolysis in Industry am 22. und 23. November 2018 in Frankfurt – jetzt Programm ansehen und anmelden!