Umweltfreundlichere Chemikalienindustrie durch energieeffiziente alternative Brennstoffe
In der Chemieindustrie werden aktuell überwiegend fossile Brennstoffe eingesetzt, doch EU-geförderte Forscher arbeiten daran, alternative Energieformen zur Intensivierung chemischer Herstellungsprozesse nutzbar zu machen, sodass der Bedarf für Öl und Gas sinkt. Im Projekt ALTEREGO werden drei alternative, elektrisch erzeugte Energieformen (Mikrowellen, Ultraschall und durch Mikrowellen erzeugtes nicht-thermisches Plasma) untersucht, um die Chemieindustrie letztendlich umweltfreundlicher zu machen. „Über 80 % der in der Chemieindustrie insgesamt verbrauchten Energie entfallen auf fossile Brennstoffe wie Gas und Öl. So werden chemische Reaktoren mithilfe von Energie, die aus fossilen Energieträgern gewonnen wurde, konduktiv beheizt, doch konduktive Erwärmung ist thermodynamisch ineffizient“, erklärt Andrzej Stankiewicz, der Projektkoordinator von ALTEREGO. „Indem wir neue Verarbeitungsverfahren entwickeln, für die neue, umweltfreundliche Energieformen zum Einsatz kommen, die nicht von fossilen Energieträgern abhängig sind, tragen wir mit ALTEREGO zum Erreichen der Klima- und Umweltschutzziele der EU bei“, so Stankiewicz. „Langfristig haben wir eine europäische Chemieindustrie oder gar einen globalen Chemiesektor vor Augen, in dem ausschließlich umweltfreundlich erzeugte Elektrizität als primäre Energiequelle eingesetzt wird“, sagt er. Georgios Stefanidis, der technische Leiter des Projekts, skizziert die Verfahren, an denen in ALTEREGO gearbeitet wird. „Wir erforschen neue Verfahren wie die ultraschallgestützte Lösungsmittelextraktion, Kristallisation, enzymatische reaktive Destillation, plasmagestützte Biomassevergasung und umgekehrte Wassergas-Shift-Reaktion zur Umwandlung von CO2 in Methanol sowie die mikrowellengestützte aktive Synthese pharmazeutischer Inhaltsstoffe.“ „Wir können bereits eine Reihe interessanter wissenschaftlicher Erkenntnisse zur Wirkung dieser alternativen Energieformen auf verschiedene chemische Verfahren sowie zu Transportphänomenen in Bezug auf Wärme und Masse vorweisen. Zudem haben wir neuartige Reaktortypen entwickelt, die im Labormaßstab sehr gute Leistungen erzielen und in Zukunft zu wettbewerbsfähigen Technologien weiterentwickelt werden könnten“, fügt Stefanidis hinzu. Die Hybridreaktor für ultraschallgestützte Lösungsmittelextraktion wurde beispielsweise in einem Labor einer Hochschule demonstriert und wird nun in einem pharmazeutischen Labor geprüft. Dieser Reaktor führte in den Tests zu Rohstoffeinsparungen von bis zu 50 % und zu einer um bis zu 80 % gesteigerten Ressourceneffizienz. „Mit diesem Verfahren konnten wir zeigen, dass die Extraktion im Vergleich zu Mikrokanalsystemen um das 8,5-Fache und im Vergleich zur Produktion in Chargen um das 20-Fache beschleunigt werden kann. „Darüber hinaus konnten wir bei den Reaktoren für ultraschallgestützte Kristallisation eine beschleunigte Keimbildung und eine verbesserte Mischeffizienz nachweisen.“ Eine große Herausforderung von ALTEREGO bestand darin, alternative Energieformen kontrolliert zu nutzen, um umweltfreundliche Energieträger und grüne pharmazeutische Prozesse zu schaffen. „In einem Fall wirkte sich eine Energieform nicht wie erwartet auf die Reaktion bzw. das reaktive Abscheideverfahren aus, sodass wir es mit einer anderen Energieform versuchten. Aus diesem Versuch lernten wir hauptsächlich, dass festgelegt werden muss, welche Elemente eines Prozesses intensiviert werden sollen, bevor eine alternative Energieform für diesen Prozess ausgewählt werden kann. Soll etwa die Reaktionskinetik intensiviert werden, das Dampf-Flüssigkeit-Gleichgewicht oder der Masse- oder Wärmetransport“, merkt Stankiewicz abschließend an. Die Forscher von ALTEREGO arbeiten derzeit an der technischen und wirtschaftlichen Beurteilung und der maßstäblichen Vergrößerung dieser Prozesse. Zudem erstellen sie Roadmaps für ihre Einführung in Nischenmärkten, die von diesem Innovationen am meisten profitieren würden.
Schlüsselbegriffe
ALTEREGO, Chemikalien, alternative Energie, Energieeffizienz, Ultraschall, Mikrowellen, Plasma, fossile Brennstoffe
