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Neue Studie stellt die Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie vor

Slider FlexibilitätsoptionenDie Prozesse der Grundstoffindustrie sind verantwortlich für einen Großteil des industriellen Energie- und Strombedarfs in Deutschland. Welche technischen Möglichkeiten bieten sich in diesen Prozessen, um auf Flexibilitätsanforderungen des Stromsystems zu reagieren?

Das vom BMBF geförderte Kopernikus-Projekt SynErgie untersucht die Flexibilität von Industrieprozessen. Aus dem Projekt heraus wurde nun eine umfassende Studie zu den Flexibilitätsoptionen in den Prozessen der Grundstoffindustrie veröffentlicht.

Übergreifende Ergebnisse:

  • Die untersuchten Prozesse können prinzipiell für kurze Zeiträume (15 min) positive Flexibilität und eingeschränkt negative Flexibilität anbieten.
  • Für mittlere und lange Zeiträume (Stunden bis Tage) ist positive Flexibilität nur in wenigen Prozessen möglich, da dies mit einem Produktionsausfall einhergeht.
  • Priorität vor einem Anbieten von Flexibilität hat die Belieferung der Kunden mit den Produkten.
  • Flexibilität und Effizienz verhalten sich gegenläufig, d.h. eine erhöhte Flexibilität senkt die Effizienz des Prozesses.
  • Veränderungen der Betriebsweise führen in der Regel zu Veränderungen der Produktqualität.
  • Die aktuellen Regeln des Stromsystems begünstigen einen kontinuierlich (nicht-flexiblen) Betrieb der Anlagen.

In enger Zusammenarbeit haben die Forschungseinrichtungen der Branchen und die akademischen Partner eine Methodik entwickelt, um konsistent Potenziale, Perspektiven und Hemmnisse der untersuchten industriellen Prozesse bei typischen Anforderungsprofilen zu analysieren.

Die untersuchten Prozesse wurden nach ihrem elektrischen Energiebedarf und der Bedeutung in ihrer jeweiligen Branche ausgewählt:

  • Stahl: Elektrostahlherstellung (Elektrolichtbogenofen)
  • Glas: Behälterglasherstellung (Elektrische Zusatzheizung)
  • Zement: Roh- und Zementmahlung (Roh- und Zementmühlen)
  • Chemie: Chlor-Herstellung (Chlor-Alkali Elektrolyse)
  • Feuerfest: Herstellung von Schmelzkorund (Rohstoffschmelzanlage)

Für diese Prozesse werden die technischen Potenziale und die zukünftigen Perspektiven ausgewiesen und auf Deutschland hochgerechnet. Des Weiteren werden die Hemmnisse, die einer Ausnutzung der Potenziale im Wege stehen für die einzelnen Prozesse dargestellt und im Kontext der Rahmen¬bedingungen der Grundstoffindustrie eingeordnet. Durch die enge Einbindung der branchen¬spezi¬fischen Expertennetzwerke wurden die Ergebnisse innerhalb der Branchen diskutiert und validiert.

Die Studie kann auf den Internetseiten der beteiligten Partner und des SynErgie-Projektes kostenfrei heruntergeladen werden: dechema.de/Flexibilitaetsoptionen

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innoemat-logo-100Am 23. und 24. November fand das erste Statusseminar der Förderinitiative „InnoEMat – Innovative Elektrochemie mit neuen Materialien“ in Leipzig statt. Der fachliche Austausch sowie das Knüpfen neuer Kontakte zwischen allen 17 Verbundprojekten, die vom BMBF gefördert werden, standen dabei im Mittelpunkt.

Fachleute aus den unterschiedlichsten Fachrichtungen der Elektrochemie nutzen dieses Statusseminar, um sich über die Inhalte aller InnoEMat-Verbundprojekte zu informieren und auch eigene Zwischenergebnisse zu präsentieren. So ermöglichte die Veranstaltung wertvolle Blicke über den fachlichen Tellerrand, um nicht zuletzt Impulse und Synergien für das eigene Projekt zu gewinnen. Jedes der 17 Verbundprojekte präsentierte sich mit einem eigenen Übersichtvortrag und einem Poster. Die Teilnehmer aus Industrie und Forschung verfolgten das fachlich breit gefächerten Vortragsprogramm sowie die begleitende Posterausstellung mit regem Interesse. „Bei den Vorbereitungen war uns eine möglichst angenehme Atmosphäre am Tagungsort wichtig, damit die Teilnehmer sich auch auf fachfremdem Terrain wohlfühlen und miteinander ins Gespräch kommen. Das ist uns sehr gut gelungen!“, resümiert Dr. Daniel Meyer von der Deutschen Gesellschaft für Oberflächentechnik (DGO).

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Die nicht öffentliche Veranstaltung war die erste von insgesamt drei Statusseminaren, die jährlich vom wissenschaftlichen Begleitprojekt „InnoEMatplus“ initiiert und organisiert werden. Es wird gemeinsam von der DGO, der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) und der DECHEMA umgesetzt und hat die Aufgabe, die Verbünde bei der Öffentlichkeitsarbeit, der Vernetzung, dem Austausch und der Verwertung ihrer Ergebnisse zu unterstützen.

Die Förderinitiative „InnoEMat – Innovative Elektrochemie mit neuen Materialien“ selbst ist Bestandteil der Hightech-Strategie der Bundesregierung und an die deutschen Kernbranchen Automobilindustrie, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrttechnik sowie die chemische Industrie gerichtet. Mit Impulsen für neue Materialien, neue Verfahren und die Produktinnovationen von Morgen zielt das Förderprogramm auf die nachhaltige Unterstützung mittelständischer Unternehmen in Deutschland.

Elektrochemische Oberflächentechnik und Syntheseverfahren sind Forschungsschwerpunkte

 Sieben der 17 Verbundprojekte setzten sich mit der Neu- und Weiterentwicklung oberflächentechnischer Prozesse sowie neuer Anwendungsszenarien für diese auseinander. So stehen u.a. REACH-konforme Beschichtungsverfahren, die Abscheidung von Legierungsschichten aus ionischen Flüssigkeiten oder neuartige Fügeverfahren für mikroelektronische Bauteile im Fokus. Weitere fünf Verbundprojekte im Themenfeld der elektrochemischen Syntheseverfahren zielen u.a. auf die Abkürzung konventioneller, mehrstufiger Syntheseverfahren sowie auf neue Wirkmechanismen bei der Aufbereitung von industriellen  Prozessabwässern. Weitere Verbundprojekte setzen sich mit neuen Technologien für verbesserte stationäre Energiespeicher neue Sensorik für medizintechnische Anwendungen auseinander.

Spannender Impulsvortrag und kontroverse Podiumsdiskussion

Als besonderes Highlight erwartete die Teilnehmer eine anregende Podiumsdiskussion zum Thema „Elektrochemie und Energiewende: auf Kollisionskurs?“, die mit einem Impulsvortrag mit dem Titel „Innovative Elektrochemie in der Energiewende: Herausforderungen und Chancen“ von Professor Kai Sundmacher (Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme, Magdeburg) eingeleitet wurde. In seinem Vortrag griff Kai Sundmacher unter anderem verschiedene elektrochemische Prozesse auf und bewertete deren Potenzial im Kontext zu den Herausforderungen der Energiewende: „Deutschland ist das Labor der Erde und die ganze Welt blickt mit der Frage auf uns, ob wir die Energiewende schaffen“, so Sundmacher. „Zwar beträgt der Anteil Deutschlands an der weltweiten Treibhausgasemission nur ca. 2%, jedoch lassen sich in Deutschland funktionierende Konzepte auch auf China oder die USA übertragen“, so Sundmacher weiter. Die anschließende Podiumsdiskussion knüpfte an die Inhalte des Impulsvortrages an und wurde vom Auditorium rege für Diskussionsbeiträge genutzt.

Die Organisatoren ziehen positives Fazit

„Während und nach der Veranstaltung haben uns viele Teilnehmer ein äußerst positives Feedback über die Inhalte und den Ablauf des Statusseminars vermittelt. Das motiviert uns für die Vorbereitungen des 2. Statusseminars 2018 in Frankfurt“, so Dr. Daniel Meyer vom wissenschaftlichen Belgleitprojekt „InnoEMatplus“.

Weiterführende Informationen zur Förderinitiative InnoEMat, zu den Projektinhalten und den Ansprechpartnern finden Sie auf der Website www.innoemat.de.

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Ihr Themengebiet erkunden konnten die rund 70 Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Tagung „Biobasierte Chemie im Fluss“ am 24. und 25. Oktober 2017 nicht nur im übertragenen Sinne. In Straubing begegneten ihnen die Fragestellungen des Vortragsprogramms fast schon auf Schritt und Tritt: Es ging um Wertschöpfungsketten vom Acker bis zum chemischen Produkt, und alle diese Schritte lassen sich in der „Region der nachwachsenden Rohstoffe“ erleben. „Das Motto der Veranstaltung trifft genau auf unsere Region zu“, sagt Andreas Löffert, Geschäftsleiter des Zweckverbands Hafen Straubing-Sand, dazu. „Wir haben Rohstoffe, wir haben Anlagen – nicht nur für die Produktion, sondern mit dem Hafen und dem Gründerzentrum auch die notwendige Infrastruktur – und wir werden zukünftig mit der geplanten Open-Access-Demoanlage ein einmaliges Angebot für Unternehmen vom Start-up bis zum Global Player.“

Die zweitägige Veranstaltung wurde von der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie mit Unterstützung der BioCampus Straubing GmbH organisiert. Expertinnen und Experten aus Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Unternehmen aus ganz Deutschland und aus Österreich nutzten die Gelegenheit, sich über neue Entwicklungen bei der Nutzung von Biomasse als Rohstoff zu informieren. Die Aspekte gehen dabei weit über die biotechnologische oder chemische Umwandlung hinaus: Angefangen von der Logistik, um die dezentral und häufig saisonal anfallenden Rohstoffe zu den Produktionsanlagen zu bringen, über die Prozesse in diesen Anlagen bis hin zu Fragen, welche Produkte so zugänglich sind, wie das Interesse der Verbraucher daran geweckt wird und wie die Bioökonomie ethisch gestaltet werden kann . Auch der Anbau geeigneter Pflanzen, die idealerweise neben der Funktion als industrieller Ressource auch die Biodiversität fördern, gehört zu den Fragestellungen der Bioökonomie. „Pflanzenzüchtung ist in der Lage, die Biomassequalität erheblich zu verbessern, sowohl qualitativ als auch quantitativ“, sagte dazu Dr. Fred Eickmeyer, ESKUSA GmbH, der unter anderem Russischen Löwenzahn als Kautschuklieferanten anbaut und anschaulich darstellte, dass Lupine nicht gleich Lupine ist.

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Bild: Clariant

Neben den Fachvorträgen und den ausgestellten wissenschaftlichen Postern war die Besichtigung der sunliquid-Demonstrationsanlage von Clariant im Hafen Straubing ein echtes Highlight, wie auch Prof. Dr. Kurt Wagemann, Geschäftsführer der DECHEMA, feststellt: „Wir erleben hier, wie sich eine Region gezielt aufstellt; so etwas bekommt man bei einer wissenschaftlichen Veranstaltung selten mit. Zusätzlich hatten wir Gelegenheit, eine Demoanlage zu besichtigen und deren Leiter alle erdenklichen Fragen zu stellen – das ist einmalig!“

Die DECHEMA organisiert regelmäßig Veranstaltungen und weitere Aktivitäten rund um die Bioökonomie. Mehr dazu unter http://dechema.de/biooekonomie.html

 

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Modellbau braucht Ausdauer und Konzentration - Synthesechemie auch.  (Bild: „South-Goodwin“ von Charles J Sharp - Pentax 35mm. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:South-Goodwin.jpg)

Modellbau braucht Ausdauer und Konzentration – Synthesechemie auch.
(Bild: „South-Goodwin“ von Charles J Sharp – Pentax 35mm. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/File:South-Goodwin.jpg)

Haben Sie schon einmal ein größeres Flugzeug- oder Schiffsmodell zusammengebaut? Dann wissen Sie, wie sich ein Chemiker fühlt, der eine größere organische Struktur aufbauen will. Da müssen Bausteine in allen möglichen verwinkelten Ecken angebracht werden; leider stößt man dabei gegen Verstrebungen, die schon aufgebaut waren und jetzt wieder zusammenbrechen, das neue Bauteil ist außerdem lose, der Kleber klebt, aber nicht dort, wo er soll… Sie wissen schon.

Während beim Schiffsmodell meistens ein Klebstoff genügt, muss der Chemiker außerdem sehr unterschiedliche Methoden nutzen, um Bauteile zu „befestigen“. Eine der wichtigsten ist der Einsatz von Persäuren, um sauerstoffhaltige Gruppen aufzubauen. Zu den Zielmolekülen gehören Epoxide, Ester, Aldehyde und Ketone, die in allen möglichen Produkten vom Lack bis zum pharmazeutischen Wirkstoff gebraucht werden.

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Allgemeine Formel einer Persäure im Vergleich zu einer „normalen“ Carbonsäure: Die Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung macht sie so reaktiv

Persäuren sind hochreaktiv – leider nicht nur dort, wo das gebraucht wird, sie können auch leicht explodieren und sind für die Umwelt problematisch. Deshalb sind alternative Methoden hoch willkommen. Eine davon entwickelt das DECHEMA-Forschungsinstitut im Rahmen eines Projekts der industriellen Gemeinschaftsforschung. Die Idee: Es wird nur soviel Persäure erzeugt, wie direkt wieder verbraucht wird, und das direkt dort, wo sie gebraucht wird („in situ“). Dafür werden bestimmte Enzyme aus der Gruppe der Hydrolasen eingesetzt. Hydrolasen dienen eigentlich vor allem dazu, Moleküle aufzuspalten. Unter geeigneten Bedingungen können sie jedoch auch eine ganze Reihe anderer Reaktionen katalysieren zum Beispiel die von Wasserstoffperoxid und einer organischen Säure zur Persäure. Damit das möglichst lange funktioniert, muss die Konzentration von Wasserstoffperoxid niedrig sein. Die Wissenschaftler erzeugen deshalb auch das Wasserstoffperoxid in situ mit Hilfe einer elektrochemischen Reaktion, also mit Hilfe von Strom.

Ziel des Projekts ist es, ein ganzes Reaktionssystem zu entwickeln: Geeignete Enzyme in einem geeigneten Reaktionsmedium mit passenden Elektroden im richtigen Reaktor. Mit einem solchen Verfahren könnte eine ganze Reihe von schwierigen Reaktionen umweltfreundlicher und genauer ablaufen, als es bisher der Fall ist. Der Werkzeugkasten des Synthesechemikers wäre um ein Multifunktionstool reicher.

Mehr zum Projekt Entwicklung einer Systemlösung für chemo-elektro-enzymatische Percarbonsäure-vermittelte Oxidationsreaktionen am Beispiel der Erzeugung chiraler Monoterpene [CEEPOx] (IGF-Nr. 17711 BG)

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ImageDas gab es noch nie beim Schülerwettbewerb DECHEMAX: Erstmals gehen mehr als 3.000 Teams an den Start! Jeweils 3-5 Schülerinnen und Schülern der Klassen 7 bis 11 werden in den nächsten Monaten herausfinden, woher die Elemente des Periodensystems kommen, was die Natur mit ihnen anstellt und wie sie sich technisch nutzen lassen. Die Mannschaften, die mindestens sechs von acht Fragen richtig beantwortet haben, verwandeln dann den heimischen Küchentisch in ein Experimentallabor. Den Siegern winken Buchpreise, Zeitschriftenabonnements und vieles mehr. Die Gesamtsieger fahren im September 2014 zur Preisverleihung nach Aachen, wo sie ihre Urkunden und Geldpreise in Empfang nehmen dürfen.

http://www.dechemax.de

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