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Posts Tagged ‘chemische Industrie’

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!

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thumbnailWie muss die Prozessindustrie auf die Digitalisierung reagieren, damit sich auch in 20, 50 oder 100 Jahren noch eine Rolle spielt? Dieser Frage widmeten sich etwa 100 Experten und Entscheider aus der Chemie- und Prozessindustrie beim 57. Tutzing-Symposion „100% digital: Überlebensstrategien für die Prozessindustrie“. Organisiert wurde die Veranstaltung vom DECHEMA e.V. und der ProcessNet-Fachgemeinschaft Prozess-, Apparate-, und Anlagentechnik PAAT unter Federführung der Vorsitzenden Prof. Dr.-Ing. Norbert Kockmann, TU Dortmund, und Dr. Hans-Rolf Lausch, Evonik.

Die wegweisende Veranstaltung bestand aus zahlreichen Impulsvorträgen von Experten und Entscheidern der Prozessindustrie sowie Kreativ-Workshops an zwei Nachmittagen.

Die Ergebnisse der Workshops und intensiven Diskussionen wurden in 36 Tutzing-Thesen zusammengefasst.

Mehr erfahren und mitdiskutieren – hier im Blog oder beim Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgemeinschaft „Prozess-, Apparate- und Anlagentechnik“ am 12. und 13. November 2018 in Köln – jetzt anmelden

Workshop 1: Horizontal, Supply Chain vom Rohstoff bis zum Kunden

  1. Die horizontale Integration der Wertschöpfungskette (auch firmenintern) birgt enorme Potentiale für alle Beteiligten
  2. Es gibt einen Bedarf an digitalen Plattformlösungen incl. Planungstools für mittelständische Unternehmen ohne 1:1 Datenintegration zwischen Lieferant-Hersteller-Kunde
  3. Herausforderungen der horizontalen Integration bestehen eher bei Vertrauen und Zusammenarbeit als bei der technischen Umsetzung
  4. die horizontale und vertikale Vernetzung müssen stärker verbunden und integriert werden

Workshop 2: Vertikal, R&D, Planung, Produktion

  1. Der Digital Twin ist das Fundament der Digitalisierung in der Prozessindustrie
  2. Das volle Potential der Digitalisierung kann in der Prozessindustrie erst durch Künstliche Intelligenz gehoben werden
  3. Digitalisierung ermöglicht ein Mehr an Innovation (neuartige Produkte, Prozesse, Wertschöpfungsketten)
  4. Digitalisierung ist nicht im Alleingang möglich, sie muss gemeinsam gestaltet werden
  5. Digitalisierung im Asset Life Cycle (ALC) macht nur Sinn, wenn der Digital Twin gefüllt und immer aktuell ist (Akzeptanz)
  6. Digital Twin zwingt zur Zusammenarbeit
    • Entwicklung ist nur gemeinsam möglich
    • Wenn der Digital twin existiert, wird die interdisziplinäre Zusammenarbeit intensiviert
  7. Der Digital Twin wird Time to Market deutlich reduzieren, die Flexibilität erhöhen und Kosten senken
  8. Der Digital Twin schafft Zeit und Potential für mehr Kreativität, kann aber durch Bedrohung von Tätigkeiten und Arbeitsplätzen kritisch gesehen werde
    • Der Digital Twin vermeidet Doppelarbeit/ reduziert Fehler
  9. Digitalisierung / Digital Twin fördert Zusammenarbeiten:
    • Im Unternehmen / Unternehmensübergreifend / zu Lieferanten
  10.  Der Verlust des Digital Twins ist der Gau
    • Know how Verlust / Spannungsfeld Zugriffsrechte und Kooperation
  11. Der Ingenieur steht im Wettbewerb / in Symbiose mit Künstlicher Intelligenz KI, allerdings darf die KI nicht über den Menschen entscheiden
  12. Der Grad der Autonomie (der KI) wird von der Bereitschaft der Gesellschaft bestimmt
  13. KI unterstützt Interdiziplinarität, die früher im ALC eine Rolle spielen wird

Tutzing Video

Zum Video zum Tutzing-Symposium 2018: https://youtu.be/HuOkiwjIl4U

Workshop 3: Intelligente Apparate: Das 100% Modul

  1. ist der Building Block für ein Smart Manufacturing-Eco-System
  2. erschließt weitere Potenziale bei Verfügbarkeit, Produktivität und Flexibilität
  3. erfordert Co-Kreation über Unternehmens- & Disziplingrenzen hinweg
  4. stellt neue juristische, technische und organisatorische Fragen
  5. verändert Ausbildung an Hochschulen von selektiver Funktions- zu ganzheitlicher Prozess-Sicht

Workshop 4: Datenkonzepte und autonome Anlage

  1. Durch konsequente Nutzung von Datenkonzepten, Datenanalyse, Big Data und KI ergibt sich ein entscheidender Wettbewerbsvorteil in der Prozessindustrie
  2. Gemeinsame Wettbewerbsfähigkeit der Prozessindustrie und ihrer Zulieferer durch Nutzung von Bausteinen der Digitalisierung (Big Data und KI) ausbauen
  3. Schulterschluss von Anwendern und Lieferanten zur intelligenten Nutzung von Daten zum Meistern der gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen
  4. Fairer Umgang beim Austausch von Daten und Erfahrungen zwischen Prozessindustrie und ihren Zulieferern durch offene, standardisierte, herstellerunabhängige Schnittstellen

Workshop 5: Arbeitswelt 4.0

  1. Die Digitalisierung ist der Change Prozess der Arbeitswelt der 20iger Jahre
  2. Die Digitalisierung wird die Organisation der Arbeit verändern hin zu einer Gesamtbetrachtungsweise.
  3. Anzahl der Arbeitsplätze in der Produktion wird sinken während die der Stakeholder steigen werden.
  4. Der Anspruch an die Qualifikation der Mitarbeiter ändert sich zu größeren Extremen (niedrig/hoch)
  5. Digitalisierung erfordert eine verstärkte Interaktions- und Kommunikationsfähigkeit und die Bedeutung der Kommunikation über verschiedene Kanäle wird zunehmen
  6. Die Zuordnung der Verantwortung und der sichere Betrieb von Anlagen ist zu gewährleisten

Workshop 6: Aus- und Fortbildung

  1. Ein fundiertes Grundlagenwissen ist auch in Zeiten der Digitalisierung unabdingbare Voraussetzung und muss zeitgemäß vermittelt werden
  2. Die Digitalisierung erfordert eine häufigere Überprüfung und angemessene Überarbeitung der Curricula
  3. Wir sehen eine gesamtgesellschaftliche Verpflichtung zur Qualifizierung von Arbeitnehmern und zur Schaffung einer bedarfsgerechteren Bildungsinfrastruktur
  4. Die Bedeutung von lebenslangem Lernen nimmt durch Digitalisierung zu. Universitäten & Hochschulen sollten als Think Tanks der Zukunft Fortbildungs-Angebote für Wirtschaft und Verwaltung entwickeln

Die Thesen dienen als Ausgangspunkt für weitere Diskussionen – seien Sie dabei und geben Sie Ihren Input!

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Bei der Podiumsdiskussion am DECHEMA-Tag wurden nicht nur Probleme diskutiert, sondern auch Lösungsansätze

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Prof. Dr. Robert Schlögl (MPI für chemische Energiekonversion), Dr. Werner Neumann (BUND e.V.), Dr. Jens Kanacher (innogy SE), Dr. Christoph Sievering (Covestro), Prof. Dr. Hans-Martin Henning (Fraunhofer ISE) und Dr. Georg Menzen (BMWi) diskutierten mit Prof. Dr. Kurt Wagemann über „Die deutsche Energiewende – wir schaffen das!?“

Wie gehen wir mit der Energiewende um? Das war eine zentrale Frage des DECHEMA-Tages am 31. Mai 2017. Sie betrifft nicht nur die gesamte Gesellschaft, sondern beschäftigt auch die Wissenschafts- und Technologie-Community. Jenseits der Entwicklung neuer Solarzellen oder der Standorte von Windrädern stellen sich Fragen nach der Integration der erneuerbaren Energien in die Sektoren Mobilität, Wärme und Produktion.

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Prof. Dr. Robert Schlögl (MPI für chem. Energiekonversion): „Systemische Probleme brauchen systemische Lösungen.“

Wie sind die technischen Voraussetzungen für die Energiewende? Robert Schlögl schätzt, dass die Zeitskala für ein neues Energiesystem bei etwa 20 Jahren liegen wird; fast alle Komponenten für den Transformationspfad seien vorhanden, sie müssten „nur“ noch zusammengefügt werden. Dem widersprach Georg Menzen vom BMWi. Die Bundesregierung fördert seit über 40 Jahren Energieforschung und diese Förderung sei heute um so wichtiger, denn viele der einzelnen Komponenten seien teilweise erst als Idee vorhanden.

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Dr. Christoph Sievering (Covestro Deutschland AG): „Die Flexibilität der Industrie wird in den Medien völlig überzeichnet.“

Was aber bis dahin tun? Häufig wird argumentiert, man könne dem volatileren Energieangebot durch den höheren Anteil an erneuerbaren Energien eine flexiblere Abnahme entgegensetzen und energieintensive Industrien als „Puffer“ nutzen. Dem widersprach Christoph Sievering von Covestro. Prozesse in der chemischen Industrie seien über Jahrzehnte auf Energieeffizienz getrimmt worden. Flexibilität ist eine völlig andere Aufgabenstellung. Die Potenziale für die Umsetzung werden medial überzeichnet; der notwendige lange Zeithorizont kollidiere mit den Vorstellungen der Gesellschaft, die die Energiewende zwar beschlossen, die Bedürfnisse der Industrie dabei aber wenig berücksichtigt habe. Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, wies darauf hin, dass sowohl Lastverschiebung als auch Kurzzeitspeicher Grenzen haben. Elektrolyse könnte einen Ausweg bieten.

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Werner Neumann (BUND e.V.),: „Gesellschaftliche Fragen sind mindestens genauso wichtig wie technische.“

Wie weit reicht die Akzeptanz der Gesellschaft? Werner Neumann vom BUND schätzt sie
auf 90 % und sieht die Energiewende vor allem als gesellschaftliches Gemeinschaftswerk, an dem sich schon heute viele Kommunen und Bürger aktiv beteiligen. Doch der geäußerten Akzeptanz steht eine „not in my backyard“-Mentalität entgegen, die viele Projekte der Energiewende vom Windrad bis zur Stromtrasse erschwert oder blockiert. Und nicht nur für die Stromerzeugung und den Stromtransport ist gesellschaftliche Akzeptanz nötig. Denn wenn Elektrolyse oder CO2 in Verbindung mit regenerativem Strom als Grundlage für die Produktion von Kraftstoffen oder Chemikalien dienen soll, muss auch das CO2 transportiert werden. Alternativ wären evtl. Industriestandorte zu den CO2-Quellen zu verlagern. Beides ist ohne gesellschaftliche Unterstützung nicht machbar, genauso wie höhere Preise für Produkte, die unter CO2-Vermeidung erzeugt werden.

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Jens Kanacher (innogy SE),: „Um neue Business-Modelle zu ermöglichen, muss man einen Markt entstehen lassen.“

Und die erforderlichen höheren Preise sind so wahrscheinlich, wie eine weltweite CO2-Steuer bzw. teurere CO2-Zertifikate unwahrscheinlich sind. Ordnungspolitisch wäre eine CO2-Steuer nach Auffassung von Georg Menzen, BMWi, die einfachste Lösung. Die Akzeptanz dafür mag da sein, das Engagement der Bevölkerung allerdings nicht. Dabei wären Zertifikate nach Auffassung von Jens Kanacher, Innogy, zumindest geeignet, die Merit Order für Kraftwerke in die richtigen Bahnen zu lenken. Insgesamt sei Forschungsförderung zwar wichtig, allerdings sei ein Markt die Voraussetzung dafür, dass tragfähige neue Geschäftsmodelle überhaupt erst entstehen können. Werner Neumann, BUND, bemängelte, dass es einen echten Markt im Energiebereich bisher aufgrund falscher Weichenstellungen in der Vergangenheit nicht gebe. Er empfahl Deinvestments aus fossilen Energien; mit 1% des BIP sei die Energiewende finanzierbar – eine Zahl, die Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, auf Basis eigener Rechenmodelle bestätigte.

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Dr. Georg Menzen (Bundesministerium für Wirtschaft und Energie): „Wir brauchen eine europäische Lösung.“

Doch Deutschland ist keine Insel. Die Abwanderung der Solarenergie hat gezeigt, welche Gratwanderung zwischen der Entstehung eines freien Marktes und der Steuerung  besteht. Lösungen sind deshalb nur international, mindestens europäisch machbar. Jens Kanacher von Innogy plädierte dafür, alles, was heute schon möglich ist, zu elektrifizieren, dabei aber die Stromimporte zu reduzieren und internationale Standorte (z. B. für die Herstellung von E-Fuels) zu nutzen. Das funktioniert jedoch nur, wenn die Rahmenbedingungen überall gleich sind – und wenn alle Sektoren gleich behandelt werden. Dafür könnte eine CO2-Steuer sinnvoll sein.
Hans-Martin Henning, Fraunhofer ISE, wies auf die positiven Entwicklungen hin: Gewaltige Kostensenkungen sind für Photovoltaik, Windenergie und Wärmekonzepte für Gebäude bereits erreicht worden. Günstige Komponenten der Leistungselektronik müssten der nächste Schritt sein.

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Dr. Hans-Martin Henning (Fraunhofer ISE): „Der Umstieg passiert nicht von alleine. Wir sollten nicht nur über Kosten reden, sondern auch über Chancen.“

Dass das Thema Energiewende komplex bleibt, zeigte auch die abschließende Diskussion mit dem Publikum. Was ist für die Biodiversität und die Vogelwelt schlimmer – Klimawandel oder Windräder? Ist Geld zur Erreichung kurzfristiger Klimaziele gut angelegt, oder sollte es lieber in langfristige Technologieentwicklung fließen? Wohin führt der Kohleausstieg – zu mehr Abhängigkeit von Gasimporten oder Methanförderung in der Tiefsee? Am Ende blieb die Erkenntnis, die Robert Schlögl in einem Satz zusammenfasste: „Die Energiewende scheitert nicht an den Chemikern und auch nicht an den Technologen, sie scheitert an der Gesellschaft.“ Diese gesellschaftliche Diskussion, auch generationenübergreifend, weiterzuführen, bezeichnete Kurt Wagemann in seinem Schlusswort als Aufgabe für die DECHEMA.

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Die Diskussion um die Energiewende ist in diesen Tagen neu entbrannt. Besonders die chemische Industrie befindet sich dabei in einer ambivalenten Rolle: Einerseits ist sie eine energieintensive Branche, die in besonderem Maße auf eine zuverlässige und störungsfreie Versorgung angewiesen ist, andererseits könnte sie als Zulieferer und Lösungsanbieter für Solarindustrie, Windkraft und Speichertechnologie auch profitieren. Die Energiewende und ihre Auswirkungen stehen deshalb auch im Mittelpunkt der Eröffnungssitzung der ACHEMA 2012.

EU-Kommissar Günther Oettinger setzt mit seiner Eröffnungsrede „Wirtschaft, Währung, Energie – Europas Herausforderungen“ den Rahmen. Michael Opoczynski, ZDF, leitet die anschließende Diskussion zur Frage „Die Energiewende und die chemische Industrie – Chance oder Bedrohung?“ mit

  • Dr. Tony van Osselaer, Mitglied des Vorstands der Bayer MaterialScience AG, Leverkusen
  • Dr. Rudolf Staudigl, Vorsitzender des Vorstands der Wacker Chemie AG, München
  • Prof. Dr. Fritz Vahrenholt, CEO der RWE Innogy GmbH, Essen
  • Prof. Dr. Uwe Schneidewind, Präsident des Wuppertal Instituts für Klima, Umwelt, Energie

Bereits im Vorfeld interessiert uns Ihre Meinung: Welche Aspekte der Energiewende sind für die chemische Industrie möglicherweise vorteilhaft? Kann sie eine neue Rolle übernehmen, in dem sie über Ab- und Zuschaltungen energieintensiver Prozesse einen Beitrag zur Regelung der Netze leistet? Verliert der Standort Deutschland an Konkurrenzfähigkeit, oder liefert die Energiewende einen Innovationsschub, der den Technologievorsprung von morgen sicherstellt?

Stellen Sie vorab Ihre Fragen und geben Sie Ihre Kommentare ab im DECHEMA-Blog auf https://dechema.wordpress.com oder auf Google+. Wir werden die Rückmeldungen auswerten und an das Podium weitergeben.

Wir freuen uns auf rege Beteiligung!

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