12/03/2018 - CO2-Rückgewinnung für die Herstellung chemischer Grundelemente für die chemische Industrie

Menéame

El Kohlendioxid Sie hat kein sehr positives Bild, da ihr Ruf direkt mit den Treibhausgasen zusammenhängt. Doch nicht alle Nachrichten, die Sie betreffen, sind schlecht. In zwei Forschungsprojekten, die Siemens führt zusammen mit dem deutschen Chemieunternehmen Evonik, wird CO2 zur Herstellung von grundlegenden und spezialisierten Chemikalien verwendet, die für die Industrie sehr wertvoll sind.

Diese Forschungslinien, die Rheticus und eEthylene genannt werden, werden von der deutschen Regierung finanziert und zeigen die Wette des Unternehmens, Initiativen zu entwickeln, die eine nachhaltige Zukunft gewährleisten. Eine Zukunft, in der die Produktion von Butanol, Hexanol oder Ethylen aus CO2 immer näher rückt.

Mit den ersten Ergebnissen hoffen die Wissenschaftler, Informationen zu erhalten, die es ihnen ermöglichen, schrittweise elektrochemische Syntheseverfahren für industrielle Anwendungen in großem Maßstab einzuführen und sowohl Kosten als auch Umweltauswirkungen zu verringern.

Rheticus: Das Programm, das CO2 in spezielle Chemikalien umwandelt

Im Januar dieses Jahres haben etwa 20 Siemens- und Evonik-Experten ein neues Forschungsprojekt namens Rheticus vorgestellt. Ein Projekt, an dem die Techniker arbeiten, um spezielle Chemikalien aus CO2 zu erzeugen. Die erste Phase wird 2019 abgeschlossen sein, und für 2021 ist der Bau einer ersten Testanlage am Sitz von Evonik im Nordwesten Deutschlands geplant.

Das Verfahren hat zwei wichtige Momente. Zu Beginn nutzt ein Siemens-Elektrolysator Energie aus erneuerbaren Quellen, um Kohlendioxid und Wasser in verstoffwechselbare Kohlenmonoxide (CO) umzuwandeln. Ein Gärungsprozess von Evonik verwandelt die Gase, die CO enthalten, mit Hilfe spezialisierter Mikroorganismen sehr selektiv in wertvolle Substanzen. Das Ergebnis sind Chemikalien wie Butanol und Hexanol, die Rohstoffe für die Herstellung von Produkten wie Spezialkunststoffen und Lebensmittelzusatzstoffen sind.

"Wir arbeiten mit experimentellen Konfigurationen zusammen und hier können wir unsere Elektrolysezellen und Gasdiffusionselektroden testen und optimieren," sagt Günter Schmid, der für die Elektrolyzer von Siemens Corporate Technology verantwortlich ist.

Ziel des Projekts ist es, diese Technologie bis 2021 aus dem Labor in ein Testzentrum zu bringen, da von Rheticus eine Produktionskapazität von 10 bis 20 Tonnen pro Jahr erwartet wird. Dies würde das Szenario für den Bau einer Industrieanlage mit einem Produktionsvolumen von bis zu 20.000 Tonnen Butanol oder Hexanol pro Jahr vorbereiten. "Wir prüfen auch die Möglichkeit, andere spezielle Chemikalien oder sogar Brennstoffe herzustellen," fügt Schmidt hinzu. Je nach Bedarf künftiger Kunden könnten die Abmessungen der Rheticus-Plattform ebenfalls erweitert werden. "Mit der Rheticus-Plattform wollen wir beweisen, dass künstliche Photosynthese machbar ist," fügt Dr. Thomas Haas, Leiter des Projekts in der strategischen Forschungsabteilung von Evonik. Die künstliche Photosynthese besteht darin, dass CO2 und Wasser durch eine Kombination chemischer und biologischer Schritte in einem ähnlichen Prozess wie die Blätter, die Chlorophyll und Enzyme verwenden, um Glukose zu synthetisieren, zu chemischen Substanzen werden.

Die neue Technologie kombiniert mehrere Vorteile. Sie ermöglicht nicht nur, dass Chemikalien nachhaltig hergestellt werden, sondern dient auch als Energiespeicher, der auf Schwankungen reagieren und zur Stabilisierung des Netzes beitragen kann.

Rheticus ist Teil der Kopernikus-Initiative, ein Projekt, das darauf abzielt, neue Lösungen zu finden und das deutsche Energieversorgungssystem umzukehren. Darüber hinaus wird sie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert, das für ihre Entwicklung 2,8 Mio. EUR bereitstellt.

eEthylene: CO2-neutrale Produktion

Im eEthylene-Projekt, das auch von der deutschen Regierung finanziert wird, arbeiten Siemens-Experten zusammen mit Wissenschaftlern aus Evonik, der Technischen Universität Berlin, der Ruhr-Universität Bochum und dem Helmholtz-Institut in Erlangen-Nürnberg an der Untersuchung, wie Kohlendioxid in Ethylen umgewandelt werden kann. "Wir sind davon überzeugt, dass CO2 nicht nur dazu beitragen wird, begehrte Materialien zu produzieren, sondern auch neue Geschäftsmöglichkeiten für Siemens eröffnen wird," sagt Dan Taroata, Projektmanager bei Siemens, dem Konzernführer.

Die Forscher verwenden Elektrizität in einem einstufigen Direktelektrolysesystem, um Ethylen aus Kohlendioxid und Wasser zu synthetisieren. Seine Arbeit konzentriert sich auf Elektrokathalalysatoren, weil diese Materialien inerte CO2 mit energiereichen Elektronen laden können, um Ethylen zu erzeugen. Wenn Elektronen im umgebenden Wasser gruppiert werden, erzeugt der Prozess Wasserstoff. Deshalb spielt der Katalysator eine entscheidende Rolle beim Erfolg der Methode. Es ist jedoch eine große technologische Herausforderung, eine stabile Kupferelektrode für die Ethylenproduktion zu finden.

Um CO2 in Ethylen umzuwandeln, leistet Siemens einen Beitrag zum Produktionsprozess mit einem System aus einem seiner Schlüsselkompetenzbereiche: einer Elektrolyseanlage für den kontinuierlichen Betrieb. Es basiert auf Elektrolysatoren für die Wasserstoffproduktion, die Teil der aktuellen Produktpalette des Unternehmens sind.

eEthylene, das dreijährige Projekt, das im Oktober 2016 gestartet wurde, wird vom deutschen Ministerium für Bildung und Forschung finanziert. Sie ist Teil der CO2Plus-Forschungsinitiative zur Verwendung von CO2, die die Grundlage für die Rohstoffproduktion erweitern soll. Siemens ist der Marktführer des Projektkonsortiums und mit einem Gesamtbudget von € 2.9 Mio. könnte eEthylene die Ethylenproduktion revolutionieren, da es darauf abzielt, herauszufinden, wie Kohlendioxid effizient in Ethylen umgewandelt werden kann.

Wirtschaftliche Erzeugung von Ethylen

Ethylen wird derzeit in unterschiedlicher Form verwendet. Erstens ist es der Rohstoff für die Herstellung von Polyethylen, Polyvinylchlorid und Polyester. Als solche ist es in den meisten Kunststoffen enthalten.

Ethylen hilft auch, Obst und Gemüse zum richtigen Zeitpunkt zu reifen, eine wichtige Anwendung in einer Welt globalisierter Nahrungsmittelversorgungsketten. Wenn der elektrolytische Produktionsprozess optimiert werden kann, könnte er mit dem konventionellen Fertigungsverfahren konkurrieren. Abgesehen davon, dass der Prozess atmosphärisches CO2 verwenden würde und aus ökologischer Sicht wünschenswert wäre, wäre es auch sinnvoll, es aus kommerzieller Sicht zu verfolgen. Dies liegt daran, dass eine Tonne Ethylen zwischen 850 und 1200 Euro kostet und jährlich etwa 180 Millionen Tonnen verwendet werden.

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