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Teilprojekt 1

Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. 1 .Vorhabensziel: Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen. Die für die Aktivierung des CO2's erforderlichen großen Wasserstoffmengen müssen somit nicht aus einer externen Quelle bezogen werden, sondern sind mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol ergibt sich durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens bereits bei konventioneller Synthesegaserzeugung ein etwa 30 Prozentiges CO2- Reduktionspotential (125 kg CO2 pro Tonne DME). Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung von Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Auf Grund seines physikalischen Eigenschaftsprofils ist Dimethylether als Energieträger geeignet (Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff). Damit eröffnet sich ein Mengenpotential, das im Vergleich zum Stand der Technik zu einer signifikanten Senkung der anthropogenen CO2-Emissionen führen kann. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2-Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.

Teilprojekt 5

Das Projekt "Teilprojekt 5" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von hte GmbH the high throughput experimentation company durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen. Diese Form der stofflichen CO2 Verwertung besitzt den Vorteil, dass die für die Aktivierung des CO2s erforderlichen großen Wasserstoffmengen nicht aus einer externen Quelle bezogen werden müssen, sondern mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden sind. Im Erfolgsfall besitzt das einstufige DME-Verfahren das Potential, im Vergleich zum Stand der Technik eine signifikante Senkung der anthropogenen CO2-Emissionen zu erzielen. Das mengenmäßige Potential ist darin begründet, dass Dimethylether neben chemischen Verwendungen auch als Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff geeignet ist. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol: Reformierung - Synthesegas (CO/ 2 H2) - Methanol - DME. ergibt sich bereits bei noch konventioneller Synthesegaserzeugung zum Beispiel durch Partialoxidation von Methan und CO2-Recycle ein etwa 30 Prozentiges CO2-Reduktionspotential (125 kg CO2 pro Tonne DME) durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens. Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung von Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung der Reaktionsstöchiometrien, spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2-Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.

Teilvorhaben BASF SE

Das Projekt "Teilvorhaben BASF SE" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. In L6 wird die 3-stufige Synthese von Oxymethylenethern (OME) aus Synthesegas untersucht, das aus Hüttengasen des thyssenkrupp-Stahlwerks in Duisburg erzeugt wird. Die Synthese erfolgt über Dimethylether und Formaldehyd (FA) als Zwischenprodukte, die aus Synthesegas (vgl. C2C TV L3) bzw. aus Methanol (vgl. C2C TV L2) erzeugt und abschließend zu OME mit 3 bis 5 Formeleinheiten FA umgesetzt werden. Zusätzlich zum stofflichen Verbund aus Stahl und Chemie für die Synthesegas-Erzeugung wird die Nutzung von Abwärmen der Stahlherstellung für die endotherme FA-Synthese untersucht. Die Dynamik von Lastwechselprozessen im Verbund aus Stahl- und Chemieanlagen wird betrachtet, indem für die Prozessparameter Zeitkonstanten aus Bilanz- und Flussgrößen ermittelt werden. Parallel zur Entwicklung des OME-Verfahrens werden OME als Komponenten in Dieselkraftstoffen mit bevorzugten Verbrennungseigenschaften bewertet und daraus Konzepte für ihre Vermarktung abgeleitet. In U1-U5 wird durch Prozesssimulation der Einfluss der Zusammensetzung von Hüttengasen auf die DME-Synthese an Cu-Katalysatoren untersucht. Falls nötig, werden Adsorber für die Synthesegas-Reinigung ausgelegt. BASF wird Rezepturen für Cu- & Ag-haltige Dehydrierkatalysatoren zur Verfügung stellen und bei der Entwicklung des Konzeptes für den Wärmetransfer aus der Stahlerzeugung in die FA-Herstellung, bei der Simulation statischer Prozess-Performance und bei der Schätzung dynamischer Effekte mitwirken. Des Weiteren wird BASF mit TU KL das Konzept für eine OME-Synthese erarbeiten. Als Koordinator für L6 wird BASF die drei Verfahren durch Simulation zu einem OME-Verfahren zusammenführen und diesen in den Stahl-Chemie-Verbund integrieren. Abschließend wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrensverbundes untersucht und in Patentrecherchen werden Schutzrechte Dritter identifiziert werden. BASF wird OME-Probemengen bereitstellen und gefahrstoffliche Fragestellungen klären, um Flottentests in der Experimentalphase vorzubereiten.

Teilprojekt 6

Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde Höllriegelskreuth, Geschäftsbereich Linde Engineering, Abteilung EC durchgeführt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines einstufigen, heterogen katalysierten Verfahrens zur Synthese von Dimethylether (DME) aus Kohlenmonoxid-reichen und gegebenenfalls CO2-haltigen Synthesegasen. Das Verfahren soll stofflich und energetisch in die vorgelagerte Synthesegasstufe integriert sein. Für diese Stufe wird für die Verfahrens-Simulation das Verfahren der trockenen Reformierung von Methan mit CO2 angenommen, die für die Aktivierung des CO2's erforderlichen großen Wasserstoffmengen müssen somit nicht aus einer externen Quelle bezogen werden, sondern sind mit der Feed-Komponente Methan bereits im Prozess vorhanden. Gegenüber den Verfahren gemäß Stand der Technik mit der Zwischenstufe Methanol ergibt sich durch den thermodynamisch bedingt niedrigeren Prozessenergie-Bedarf des neuen Verfahrens bereits bei konventioneller Synthesegaserzeugung ein etwa 30 Prozentiges CO2-Reduktiorispotential (125 kg CO2 pro Tonne DME). Dieses Potential erhöht sich bei Einsatz der Trockenreformierung für die Erzeugung van Synthesegas und die damit verbundene stoffliche Nutzung von CO2 als Ausgangsstoff unter Berücksichtigung spezifischer Energie- und Heizwerte sowie der bei der Trockenreformierung nicht nötigen energieintensiven Bereitstellung reinen Sauerstoffs nochmals um etwa 125 kg CO2 pro Tonne DME. Insgesamt kann beim hier vorgestellten Verfahren im Vergleich zum Stand der Technik eine 60 Prozentige Reduktion der spezifischen CO2-Emissionen erwartet werden. Auf Grund seines physikalischen Eigenschaftsprofils ist Dimethylether als Energieträger geeignet (Flüssiggas-Ersatz und ggf. Diesel-Treibstoff). Damit eröffnet sich ein Mengenpotential, das im Vergleich zum Stand der Technik zu einer signifikanten Senkung der anthropogenen CO2 Emissionen führen kann. Das Verfahren lässt sich auch mit einer Biomasse-basierten Synthesegaserzeugung koppeln. Es ist sowohl ein durch Vergasung gewonnenes CO/H2 Gemisch als auch anstelle der Biomasse-Vergasung die unmittelbare Veredelungsmöglichkeit von Biogas (CO2/CH4) denkbar, bei der beide C-Quellen des Biogases stofflich genutzt werden. Die sonst erforderliche aufwendige Abtrennung des CO2-Anteils aus dem Biogas würde entfallen, wenn es als Stoffstrom in die Trockenreformierungsstufe eingespeist wird. Diese Aspekte sollen im Rahmen des Gesamtprojektes in einem eigenen Arbeitspaket beleuchtet werden. Daneben soll im Rahmen von Grundlagen-Untersuchungen auch erforscht werden, ob ein CO2/H2 Gemisch ohne vorherige Konvertierung zu Synthesegas direkt als Rohstoff für die DME Synthese eingesetzt werden kann.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kohlenforschung durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Ziel des skizzierten Projektes ist die stoffliche und energetische Integration der beiden Verfahrensschritte Synthesegaserzeugung und DME-Herstellung. Dazu wird ein neuer Heterogenkatalysator für die einstufige Synthese von DME in der Gasphase entwickelt. Die Leistungsziele für den Katalysator werden aus einer Verfahrenssimulation abgeleitet, welche die trockene Reformierung im ersten Schritt mit der neuen DME-Synthese im zweiten Schritt kombiniert. Das Konzept erlaubt den Verzicht einer Luftzerlegungsanlage, was einen erheblichen Investitionskostenvorteil und ein signifikantes CO2-Vermeidungspotential zur Folge hat. Parallel dazu wird die Eignung des Verfahrens für biobasiertes Synthesegas untersucht. 2. Arbeitsplanung: 1. Jahr: Aktivmasse im Labormaßstab identifiziert, Verfahrenskonzept (Integration Syngas-Stufe und DME-Synthese) mit Zielvorgaben für den Katalysator simuliert, Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 2. Jahr: Katalysator als technischer Formkörper entwickelt, weitere Feinoptimierung der Zusammensetzung, Festlegen des detaillierten Reaktorkonzeptes, Planung und Installation von Testanlagen (ca. 1-Liter Kat-Volumen, Testen von Formkörpern), Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 3. Jahr: Langzeitversuche in den neuen Testanlagen, Optimierung der Katalyator-Rezeptur, Optimierung von Reaktor- und Verfahrens-Auslegung, Austesten von Feedstock-Qualitäten, Aufnahme kinetischer Daten, Grundlagen zur Chemie des Prozesses, Gegenüberstellen der CO2-Bilanzen von fossil- und biobasierter Synthese.

Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Ziel des skizzierten Projektes ist die stoffliche und energetische Integration der beiden Verfahrensschritte Synthesegaserzeugung und DME-Herstellung. Dazu wird ein neuer Heterogenkatalysator für die einstufige Synthese von DME in der Gasphase entwickelt. Die Leistungsziele für den Katalysator werden aus einer Verfahrenssimulation abgeleitet, welche die trockene Reformierung im ersten Schritt mit der DME-Synthese im zweiten Schritt kombiniert. Das Konzept erlaubt den Verzicht einer Luftzerlegungsanlage, was einen erheblichen Investitionsvorteil und ein signifikantes CO2-Vermeidungspotenzial zur Folge hat. Parallel dazu wird die Eignung des Verfahrens für biobasiertes Synthesegas untersucht. Arbeitsplanung: 1. Jahr: Aktivmasse im Labormaßstab identifiziert, Verfahrenskonzept (Integration Syngasstufe und DME-Synthese) mit Zielvorgaben für den Katalysator simuliert, Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 2. Jahr Katalysator als technischer Formkörper entwickelt, weitere Feinoptimierung der Zusammensetzung, Festlegen des detaillierten Reaktorkonzeptes, Planung und Installation von Testanlagen, Grundlagen zur Chemie des Prozesses. 3. Jahr: Langzeitversuche in den neuen Testanlagen, Optimierung der Katalysator Rezeptur, Optimierung von Reaktor- und Verfahrensauslegung, Austesten von Feedstockqualitäten, Aufnahme kinetischer Daten, Grundlagen zur Chemie des Prozesses, Gegenüberstellen der CO2-Bilanzen von fossil- und biobasierter Synthese.

Teilprojekt 2

Das Projekt "Teilprojekt 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, TUM School of Engineering and Design, Department of Energy and Process Engineering , Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Ziel des skizzierten Projektes ist die stoffliche und energetische Integration der beiden Verfahrensschritte Synthesegaserzeugung und DME-Herstellung. Dazu wird ein neuer Heterogenkatalysator für die einstufige Synthese von DME in der Gasphase entwickelt. Die Leistungsziele für den Katalysator werden aus einer Verfahrenssimulation abgeleitet, welche die trockene Reformierung im ersten Schritt mit der neuen DME-Synthese im zweiten Schritt kombiniert. Das Konzept erlaubt den Verzicht einer Luftzerlegungsanlage, was einen erheblichen Investitionskostenvorteil und ein signifikantes CO2-Vermeidungspotential zur Folge hat. Parallel dazu wird die Eignung des Verfahrens für biobasiertes Synthesegas untersucht. 2. Arbeitsplanung: 1. Jahr: Analyse der in Frage kommenden Grundverfahren zur Synthesegaserzeugung hinsichtlich Energieverbrauch und Investitionskosten mittels Teilprozessmodellen mit Prozesssimulator. Anschließende Optimierung des Gesamtmodells unter Einbezug des neuartigen Prozesses zur einstufigen Direktsynthese von DME aus Synthesegas. Erstellung von Anforderungsprofilen für den zu entwickelnden Katalysator. Detaillierte Untersuchung der in Frage kommenden Absorptionsverfahren. 2. Jahr: Thermodynamische Bewertung des Prozesses und Ermittlung des CO2-Einsparpotentials. Kinetikmessungen des neu entwickelten Katalysators. Integration der Ergebnisse in Konzeption und Auslegung der Testanlage. 3. Jahr: Abschließende Prozessoptimierung. Begleitung der Langzeitversuche und Messungen der Testanlage.

Teilvorhaben Linde AG

Das Projekt "Teilvorhaben Linde AG" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Linde GmbH durchgeführt. In L6 wird die 3-stufige Synthese von Oxymethylenethern (OME) aus Synthesegas untersucht, das aus Hüttengasen des thyssenkrupp-Stahlwerks in Duisburg erzeugt wird. Die Synthese erfolgt über Dimethylether und Formaldehyd (FA) als Zwischenprodukte, die aus Synthesegas (vgl. C2C TV L3) bzw. aus Methanol (vgl. C2C TV L2) erzeugt und abschließend zu OME mit 3 bis 5 Formeleinheiten FA umgesetzt werden. Zusätzlich zum stofflichen Verbund aus Stahl und Chemie für die Synthesegas-Erzeugung wird die Nutzung von Abwärmen der Stahlherstellung für die endotherme FA-Synthese untersucht. Die Dynamik von Lastwechselprozessen im Verbund aus Stahl- und Chemieanlagen wird betrachtet, indem für die Prozessparameter Zeitkonstanten aus Bilanz- und Flussgrößen ermittelt werden. Parallel zur Entwicklung des OME-Verfahrens werden OME als Komponenten in Dieselkraftstoffen mit bevorzugten Verbrennungseigenschaften bewertet und daraus Konzepte für ihre Vermarktung abgeleitet. Linde bearbeitet U1 ('Modifizierte DME-Synthese') und U4 ('Prozess-Integration') als Teil einer Gesamtroute über DME zu OME. In Zusammenarbeit mit L0 werden alle im Hüttenabgas enthaltenen Hauptkomponenten und Verunreinigungen beschrieben. Typische Gehalte werden zeitabhängig quantifiziert. W

IBÖ-04: FRAME - Nachhaltige Gewinnung reiner omega-3-Fettsäuren aus Mikroalgen

Das Projekt "IBÖ-04: FRAME - Nachhaltige Gewinnung reiner omega-3-Fettsäuren aus Mikroalgen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik (440), Fachgebiet Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung, Erprobung und Implementierung eines innovativen Verfahrens zur Gewinnung und Fraktionierung von mehrfach ungesättigten omega-3-Fettsäuren aus Mikroalgen. Diese können, je nach Reinheitsgrad, sowohl für die Nahrungsmittelbranche, als auch in der Pharmazie genutzt werden. Das Algenöl soll mittels einer 'Pressurized Liquid Extraction' mit Dimethylether (DME) aus den Mikroorganismen extrahiert und anschließend durch Reaktion mit Glucosamin in sehr reine Lipid- bzw. Fettsäurefraktionen aufgetrennt werden. Nach erfolgter Trennung lässt sich der Zuckerrest durch chemische oder enzymatische Hydrolyse abspalten. Die hierbei eingesetzten Chemikalien können im Kreislauf geführt werden und aus erneuerbaren, nachhaltigen Ressourcen oder sogar Abfällen gewonnen werden. Damit genügen sie gleichzeitig ökologischen und ökonomischen Ansprüchen. Der vergleichsweise einfache Aufbau dieses Systems ermöglicht außerdem auch, es als Basis oder Zusatz-Einheit für weitere Mikroalgen-Bioraffinerie-Konzepte zu nutzen und deren Wirtschaftlichkeit zu steigern.

Teilvorhaben RWE: CO2-Wäsche-Optimierung und Demonstration der CCU-Kette

Das Projekt "Teilvorhaben RWE: CO2-Wäsche-Optimierung und Demonstration der CCU-Kette" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWE Power AG durchgeführt. Das Projekt ALIGN-CCUS-Projekt vereint 30 Forschungsinstitute und Industrieunternehmen aus fünf Ländern mit dem gemeinsamen Ziel, den schnellen und kosteneffektiven Einsatz von CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung zu unterstützen. Als FuE-Verbundvorhaben mit starker Industriebeteiligung werden alle Bausteine der CCUS-Prozesskette (CCUS: Carbon Capture Usage and Storage) untersucht und in einem ganzheitlichen Ansatz über die Grenzen der Subprozesse hinweg optimiert. Dies umfasst insbesondere auch Fragen zur weiteren Optimierung der CO2-Abtrennung in Anlagentests, öffentlichen Akzeptanz, Kommunikation über CCUS, Lebenszyklusanalysen und die Untersuchung von Umsetzungsoptionen von CCUS in Regionen der beteiligten Mitgliedsstaaten. Für Deutschland wurde hierfür Nordrhein-Westfalen als möglicher Ort für die Umsetzung von CCU ausgewählt. Die CO2-Emisionen lassen sich nur dann deutlich, nachhaltig und gesellschaftlich akzeptabel senken, wenn alle Sektoren - Energie, Industrie und Transport - dazu beitragen. CCU kann dabei einen Sektor-übergreifenden Nutzen entfalten, der über Klimaschutz hinausgeht. Kohlenstoff kann mehrfach genutzt und fossile Energieträger und Rohstoffe substituiert werden. Chemische Langzeitspeicherung bei einem hohen Angebot von Strom aus fluktuierender regenerativer Erzeugung und Spitzenlast- bzw. Backup-Stromerzeugung aus CCU-Kraftstoffen mit hoher Energiedichte stabilisieren bei Engpässen die Stromnetze. CCU-Kraftstoffe sind darüber hinaus als Plattformchemikalien in verschiedenen Wirtschaftszweigen vielfältig anwendbar, insbesondere Methanol, Dimethylether (DME) und Oxymethylenether (OME3-5). Durch die chemischen Eigenschaften von DME / OME3-5 kann insbesondere der NOx / Ruß-Zielkonflikt innermotorischer Verbrennung gelöst werden, woraus sich ein hohes Emissions-Reduktionspotential im Transportsektor ergibt. CCU und Sektorkopplung eröffnen zudem eine Chance, den Transformationsprozess der Strom- und Rohstoffversorgung und des Transportsektors von 'fossil' auf 'erneuerbar' unter Nutzung existierender Infrastruktur gleitend zu gestalten, die Finanzierbarkeit sicherzustellen und Strukturbrüche mit Risiken für die Versorgungssicherheit zu vermeiden. Als Teilprojekt von ALIGN-CCUS wird eine CCU-Demonstrationsanlage gebaut und die Nutzung des CCU-Produktes Dimethylether (DME) als emissionsarmer Treibstoff für die Stromerzeugung und als Rohstoff für den Transportsektor realisiert.

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