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Posts Tagged ‘Kopernikus’

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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5_X

Bundesforschungsministerin Professor Johanna Wanka hat am 5. April in Berlin die neuen Kopernikus-Projekte vorgestellt. Ausgewählt wurde auch das Projekt „Power-to-X“, das von einem Konsortium bestehend aus RWTH Aachen, Forschungszentrum Jülich und DECHEMA koordiniert wird. Auch das DECHEMA-Forschungsinstitut ist Projektpartner.

Prof. Dr. Kurt Wagemann, Geschäftsführer der DECHEMA, der selbst maßgeblich an dem Projekt beteiligt ist, freut sich über den Erfolg:“Das Thema Energiespeicherung und die Verknüpfung des Energiesystems mit der chemischen Industrie, aber auch der Mobilität, steht bei der DECHEMA schon lange auf der Agenda. In den letzten Jahren haben wir dazu Kompetenzen systematisch aufgebaut.“ So hat die DECHEMA in den letzten Jahren eine Reihe von Veröffentlichungen herausgebracht, zum Beispiel zur Elektrifizierung der Chemie oder zu den technischen Möglichkeiten der Energiespeicherung und ihrer systemischen Verknüpfung. „Die Energieversorgung wird chemischer werden – diese Prognose, die Prof. Dr. Ferdi Schüth schon vor Jahren als Vorsitzender des Koordinierungskreises chemische Energieforschung getroffen hat, hat sich bewahrheitet“, meint Kurt Wagemann. Um angesichts des Zuwachses an erneuerbaren Energien das Energiesystem stabil zu halten, werden kurz-, mittel- und langfristig Speicher-möglichkeiten benötigt – je flexibler, desto besser. Hier kommt „Power to X“ ins Spiel: 5_solar-power-1019830_1920Indem mit Hilfe von „Überschussstrom“ Chemikalien erzeugt werden, werden „Speicher“ gefüllt, die sowohl für die Rückverstromung genutzt werden könnten (beispielsweise H2 oder Methan), die aber auch in andere Sektoren „abfließen“ können – etwa Kraftstoffe oder Plattformchemikalien. Gegenüber anderen Speicheroptionen ist die Energiedichte deutlich höher, und je nach Endprodukt kann die Wertschöpfung erheblich höher sein als die Rückverstromung. „Für die chemische Industrie heißt das allerdings, dass Prozesse entwickelt werden müssen, bei denen mindestens ein Schritt eine sehr flexible Fahrweise erlaubt“, erklärt Wagemann. (mehr …)

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