Das Projekt "Carbon2Chem- L5: Carbon2Polymers - Herstellung von Wertstoffen für die Kunststoffindustrie auf Basis von CO und CO2 aus Kuppelgasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Covestro Deutschland AG durchgeführt. Die bei der Herstellung von Stahl sowie der Bereitstellung der notwendigen Rohstoffe in einem Stahlwerk anfallenden sogenannten 'Kuppelgase' sind reich an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen daher potenziell eine alternative Rohstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Neben der Umwandlung zu chemischen Bulkchemikalien wie Methanol, Harnstoff oder Ammoniak stellt auch die Verwendung von CO und CO2 als Rohstoffe für die Kunststoffindustrie eine ökologisch wie ökonomisch interessante Variante dar. Im Rahmen des Vorhabens L5- Carbon2Polymers, das sich als ein Teil in die Gesamtstrategie von Carbon2Chem einbettet, sollen neue (Teil)verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten und Polyurethanen erforscht und entwickelt werden. Carbon2Polymers untergliedert sich in die 3 Teile A, B und C. In Teilprojekt A wird die Nutzung von CO aus Kuppelgasen zur Herstellung von Carbonaten untersucht, unter der speziellen Randbedingung, inwieweit ein fluktuierendes Stromangebot integriert werden kann. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Erforschung und Weiterentwicklung der katalytischen Prozessschritte gelegt. Aufgabe im Teilprojekt B ist die Erforschung und Entwicklung der Nutzung von CO2 aus Kuppelgasen zur Herstellung von Polyurethanen. Auch in diesem Projektteil spielt die Entwicklung geeigneter Katalysatoren eine herausragende Rolle. Im Teilprojekt C werden Daten bezüglich der Spezifikation der Kokerei-, Hütten- und Konvertergase auf eine Eignung als Rohstoff in A und B evaluiert und Daten zur Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses, zur Nachhaltigkeit und zur Gesamteffizienz erhoben und ausgewertet.
Das Projekt "Carbon2Chem- L5: Carbon2Polymers - Herstellung von Wertstoffen für die Kunststoffindustrie auf Basis von CO und CO2 aus Kuppelgasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Technische Chemie und Makromolekulare Chemie durchgeführt. Die bei der Herstellung von Stahl anfallenden sogenannten 'Kuppelgase' sind reich an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen eine alternative Kohlenstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Neben der Umwandlung zu chemischen Bulkchemikalien stellt auch die Verwendung von CO und CO2 als Rohstoffe für die Kunststoffindustrie eine ökologisch wie ökonomisch interessante Variante da. Im Rahmen des Vorhabens Carbon2Polymers sollen neue Verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten und den Polyurethanbestandteilen erforscht werden. Hochwertige Kunststoffe werden heutzutage in Mio. Tonnen hergestellt. Da auch in Zukunft von einem wachsenden Bedarf an diesen Materialen auszugehen ist, zeichnet sich für eine Synergie zwischen Stahlwerken und der Kunststoffindustrie ein Potential ab. Die stoffliche Nutzung der Kuppelgase hat das Potential, den spezifischen CO2-Ausstoß der Stahlwerke zu reduzieren und ermöglicht der chemischen Kunststoffindustrie den Zugang zu einer alternativen Rohstoffbasis. Insgesamt kann diese Synergie zu einer nennenswerten Senkung des Primärrohstoffverbrauchs und zu einer Reduktion von CO2-Emissionen führen. Im Rahmen dieses Vorhabens soll die Verwendung von CO aus Hüttengasen für die Polycarbonat-Herstellung (TP A) und von CO2 für die Isocyanat-Herstellung für Polyurethane (TP B) untersucht werden. Ein zentraler Punkt des Vorhabens ist TP A mit der Herstellung von Carbonaten unter der Randbedingung einer veränderten Rohstoffbasis und fluktuierendem Stromangebot. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Weiterentwicklung der beiden katalytischen Prozessschritte gelegt: der Phosgenbildung und der lösungsmittelfreien Direktphosgenierung. Aufgabe im TP B ist es, die entwickelten Verfahrenskonzepte, deren prinzipielle Anwendbarkeit bereits demonstriert wurde, in den verschiedenen Arbeitspaketen weiterzuentwickeln und zu optimieren, zu evaluieren, an die Produktverwertung anzukoppeln und damit zur industriellen Reife zu bringen.
Das Projekt "Im Rahmen der Plattform für Nachhaltige Chemische Konversion PLANCK - Ein Projekt zur Technologieentwicklung, um Hüttengase aus der Stahlerzeugung für die Synthese chemischer Produkte zu nutzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion durchgeführt. Hüttengase der Stahlindustrie sind in ihrer Zusammensetzung mit Synthesegasen der Chemie vergleichbar. Ziel ist es, die Hüttengase mit den darin enthaltenen CO2 als Synthesegas für die Chemieproduktion zu verwenden. Durch diese nachgelagerte stoffliche Nutzung des Hüttengases als Synthesegas können fossile Ressourcen (Öl, Gas) eingespart werden. Über eine Wasserelektrolyse - die auch die Brücke zu den Erneuerbaren Energien bildet- sollen die Hüttengase mit zusätzlichem H2 angereichert werden. Im erste Schritt sollen Ammoniak, Methanol, Polymere und höhere Alkohole aus dem Hüttengas synthetisiert werden. Die entsprechenden Grundlagen (Gaskonditionierung und -reinigung, Katalyse und Verfahrensprozesse) sollen im industrieübergreifenden Projekt entwickelt werden und an synthetischen und realen Hüttengasen getestet werden. Das Projekt soll damit einen zukunftsweisenden Ansatz zur Stabilisierung und Energieversorgung durch eine stoffliche Speicherung der Überschussenergie der erneuerbaren Energien leisten und so zum Gelingen der Energiewende und Reduzierung der kumulierten CO2-Emissionen beitragen. Während der gesamten Projektlaufzeit wird die Zusammensetzung der Hüttengase mit einer sehr hohen Genauigkeit bestimmt. Dies ist notwendig, um potentielle Katalysatorgifte zu identifizieren und die Eignung der Gase für chemische Synthesen zu prüfen. Gleichzeitig werden synthetische Gasgemische im PLANCK-Labor verwendet, um Katalysatormaterialien entsprechend verbessern zu können.
Das Projekt "HüGaProp - Hüttengasproperties - wissenschaftliches Projekt zur Problematik der Verwendung von CO2 Abgasströme aus dem Hochofen (Hüttengas) bei der Katalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion durchgeführt. Ziele: Das Hauptziel dieses Projektes ist die Erarbeitung einer Methodik für die Beurteilung der Spurenstoffgehalte von Kohleabgasen, im speziellen die Abgase aus dem Hochofen, im Hinblick auf ihre Schädigungswirkung für nachgeschaltete katalytische Prozesse. Dazu wird eine Anordnung an einer realen Gasquelle (Hüttengase in Duisburg) mit Modellexperimenten im Labor verglichen. Für die Hochleistungsanalyse wird erstmals das äußerst sensible PTR-IMR-TOF Massenspektrometer (Proton-Transfer-Reaktions Time of Flight) eingesetzt, in einer Anordnung, die auch zeitaufgelöste Variationen der Zusammensetzung erfasst. Ein weiteres Ziel ist es, die Schädigung von zwei ausgesuchten Katalysatorsystemen für die Ammoniak- und Methanolsynthese zu untersuchen. Arbeitsplan: Die Struktur des Projektes besteht aus den beiden Hauptteilen 'Analytik' und 'Katalysatortestung'. Für die Analytik ist vorrangig die Beschaffung, Aufbau und Kalibrierung des PTR-IMR-TOF Massenspektrometers und der dazugehörenden Komponenten in einem mobilen Container vor Ort in Duisburg. Im Projektteil 'Katalysatortestung' wird eine Möglichkeit geschaffen, die Schädigung durch Partialdruckänderungen und durch Änderungen der chemischen Zusammensetzung analytisch nachweisbar zu machen. Damit eröffnen sich erheblich erweiterte Möglichkeiten für die Identifikation von aktiven Zentren an Metall-Oxid Vollkatalysatoren, die es bisher nicht gab. Um on-line die Reaktion des Katalysators auf Spurenverunreinigungen zu studieren, wird der Container mit 2 Reaktoren ausgestattet. Die Syntheseleistung der katalytischen Reaktion wird als 'on-line Monitor' benutzt. Dies geschieht parallel zu den Spurenanalysen der Schadstoffgruppen, um eine Schädigungsursache zu finden. Die an den realen Hüttengasen gewonnenen Erkenntnisse werden durch gezielte Laborexperimente verifiziert.
Das Projekt "Technologien zur Nutzung von Hüttengasen der Stahlerzeugung für die Synthese chemischer Produkte und Systemintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp AG, Corporate Function Technology - Innovation & Sustainability durchgeführt. Hüttengase der Stahlindustrie sind in ihrer Zusammensetzung mit Synthesegasen der Chemie vergleichbar. Ziel ist es, die Hüttengase mit dem darin enthaltenen CO2 als Synthesegas für die Chemieproduktion zu verwenden. Durch diese nachgelagerte stoffliche Nutzung des Hüttengases als Synthesegas können fossile Ressourcen (Öl, Gas) eingespart werden. Über eine Wasserelektrolyse - die auch die Brücke zu den Erneuerbaren Energien bildet - sollen die Hüttengase mit zusätzlichem H2 angereichert werden. Im ersten Schritt sollen Ammoniak, Methanol, Polymere und höhere Alkohole aus dem Hüttengas synthetisiert werden. Die entsprechenden Grundlagen (Gaskonditionierung und -reinigung, Katalyse und Verfahrensprozesse) sollen im industrieübergreifenden Projekt entwickelt werden und an synthetischen und realen Hüttengase getestet werden. Das Projekt soll damit einen zukunftsweisenden Ansatz zur Stabilisierung der Energieversorgung durch eine stoffliche Speicherung der Überschussenergie der erneuerbaren Energien leisten und so zum Gelingen der Energiewende und Reduzierung der kumulierten CO2-Emissionen beitragen. Im Projekt sollen die systemischen Grundlagen für den cross-industriellen Ansatz geschaffen werden. Die Prozesssimulation des Anlagenverbunds muss dynamisch chemische, physikalische und technische Vorgänge sowie betriebswirtschaftliche Zusammenhänge abbilden. Darüber sollen die Grundlagen für die Testung der Konzepte mit synthetischen und realen Hüttengasen geschaffen werden.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Trotz des großen Potenzials von Hüttengasen als Synthesegasquelle existiert bislang keine industrielle Anwendung zur Methanolherstellung. Im Gegensatz zu konventionellen Synthesegasen liegt Hüttengas bei Atmosphärendruck vor und sowohl der Volumenstrom als auch die Zusammensetzung unterliegen einer zeitlichen Änderung. Ferner ist davon auszugehen, dass Hüttengase einen höheren Anteil an CO2 gegenüber konventionellen Synthesegasen aufweisen. Es muss daher untersucht werden, ob kommerzielle Katalysatoren unter diesen Prozessbedingungen eingesetzt werden können. Des Weiteren werden verschiedene Prozessvarianten zur Methanolsynthese technologisch, ökonomisch und ökologisch evaluiert. Ziel ist es, ein Gesamtoptimum für die gesamte Verfahrenskette zu identifizieren, wobei das Methanol aus Hüttengas einen deutlich geringeren Carbon-Footprint haben soll, als das Methanol aus fossilen Rohstoffen. Die Fraunhofer-Institute UMSICHT und ISE sind an dem Vorhaben beteiligt. In Labortestanlagen werden Methanolsynthesekatalysatoren in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Gaszusammensetzung sowie Variation der Last untersucht. Über eine Flüssigdosiereinheit können die Katalysatoren mit spezifischen Komponenten beaufschlagt werden, die als Störkomponenten im Hüttengas identifiziert wurden. Dabei werden zusätzlich Möglichkeiten untersucht, deaktivierte Katalysatoren zu regenerieren. Weitere Anlagen stehen zur Testung größerer Mengen pelletierten Katalysators zur Verfügung. Hierin werden Langzeituntersuchungen zum Verhalten der Katalysatoren unter Variation der Hauptgaskomponenten (speziell hohe Anteile CO2) sowie unter Rezyklierung der nicht umgesetzten Edukte durchgeführt. Zusätzlich finden Untersuchungen unter prozessnahen Bedingungen in einer kommerziellen MeOH-Pilotanlage statt. Unterstützt werden die praktischen Arbeiten durch Prozess-Simulationen und LCA-Berechnungen.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion durchgeführt. Ziel der Reaktivitätsstudien im Teilprojekt L2 ist die Erweiterung des Parameterraumes eines Methanolsynthese-Katalysators. Es soll ermittelt werden unter welchen ungewöhnlichen Reaktionsbedingungen eine Nutzung im Rahmen der Verwendung von Abgasen aus der Industrie wirtschaftlich möglich ist. Innerhalb des Projektes werden Reaktivitätsstudien unter Bedingungen durchgeführt, die typischerweise für Abgase in der Stahlindustrie auftreten. Diese umfassen Untersuchungen des Einflusses einer angepassten Gaszusammensetzung und eines dynamischen Betriebs der Anlagen (Variation von T, p und der Gaszusammensetzung) auf Stabilität und Aktivität des Katalysators. Ferner soll gegebenenfalls die mögliche Regeneration des Katalysators untersucht werden.
Das Projekt "Wasserelektrolyse bei nicht-stationärem Betrieb: Analyse von Alterungserscheinungen an Elektrolysesystemen im fluktuierenden Betrieb bzw. unter extremen Betriebsbedingungen (Dynamic Hydrogen Generation for Syngas-Conditioning: DynHySyn)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH durchgeführt. Die Elektrolyse von Wasser ist Stand der Technik. Die großtechnisch etablierten Systeme sind jedoch bisher im Wesentlichen nur für eine kontinuierliche konstante Produktion von Wasserstoff entwickelt und optimiert worden. Der in diesem Vorhaben geplante Einsatz im Betrieb mit fluktuierender erneuerbarer Energie in Kombination mit der Abnahme und Verwertung der anfallenden Hüttengase eines Stahlwerks in cross-industriellen Produktionsnetzwerken bedingt eine grundsätzlich andere Betriebsphilosophie der Elektrolyseure, die wiederum bessere und robustere Konstruktionen und Katalysatoren benötigen. Im Rahmen des Projektes 'Carbon2Chem' der nachhaltigen Nutzung von Hüttengasen ist es von großer Bedeutung, das Potenzial der Elektrolyse von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff für die qualitative Aufwertung der Hüttengase zu validieren und Verbesserungspotenziale auszuloten. Die Elektrolyseure müssen hier für den Lastfolgebetrieb weiterentwickelt werden. Das Vorgehen teilt sich in drei Bereiche auf. Im ersten Bereich werden kommerziell verfügbare Elektrolysesysteme im Dauerbetrieb bis zu drei Jahre unter moderaten Bedingungen getestet und deren Alterungsverhalten überprüft. Im zweiten Bereich sollen einzelne Elektrolysestacks (möglichst baugleich mit denen der getesteten Systeme) unter härteren Bedingungen (z.B. bzgl. Stromdichte, Gradienten, Minimallast, etc.) betrieben werden und so gezielt erhöhte Beanspruchungen realisiert werden. Im dritten Bereich werden baugleiche Stacks unter extrem schädigenden Bedingungen betrieben, so dass eine beschleunigte Alterung erzielt wird. Hiermit werden zwei Ziele angestrebt: 1. Ermittlung schädigender Bedingungen und Betriebsweisen, 2. Erstellung eines Modells zur beschleunigten Alterung der Stacks, mit dessen Verwendung zukünftig kürzere Versuchszeiten zur Ermittlung des Alterungsverhaltens von Elektrolysestacks realisiert werden können.
Das Projekt "Plattform für Nachhaltige Chemische Konversion PLANCK - Teilvorhaben: L0 - Systemintegration" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien im Energieversorgungsnetz und der vorrangigen Einspeisung verändert sich das etablierte Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch signifikant. Industrielle Strukturen sind mit diesen Rahmenbedingungen konfrontiert, deren Chancen es durch eine integrierte Gesamtbetrachtung von Primärenergien in Verbindung mit Produktionszyklen zu nutzen gilt. Dazu sollen die in einem integrierten Hüttenwerk anfallenden Gase nicht mehr nur zur Deckung des Energiebedarfs eingesetzt werden, sondern es wird eine stoffliche Nutzung mit höherer Wertschöpfung über die Industriegrenzen hinaus angestrebt. Im ersten Schritt ist die Synthese von Ammoniak, Methanol, Polymeren und höheren Alkoholen geplant. Im Teilprojekt Systemintegration L0 soll herausgearbeitet werden, welche systemischen Vorteile derart flexibel betriebene Anlagen bieten und welches Potential sie in einer Region zur Integration fluktuierender Einspeisung erneuerbarer Energien ermöglichen. Dazu muss eine umfassende Systemanalyse erfolgen. Ein wesentliches Hilfsmittel zur Erreichung der Zielsetzung ist eine Prozess- und Anlagensimulation, die eine Beschreibung und Analyse des dynamischen Systemverhaltens des Zusammenwirkens von verschiedenen industriellen Anlagen in einem Anlagenverbund als ermöglicht. Die Simulation soll Entscheidungshilfen für die technische und wirtschaftliche Optimierung der laufenden Prozesse unter veränderlichen Einflussgrößen liefern können.
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