Das Projekt "Teilprojekt 'Herstellung von C2+-Alkoholen auf Basis von H2, 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 Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen eine alternative Kohlenstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Sie bilden eine potentielle Quelle für Synthesegas und können damit einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der Emission von Klimagasen eines Stahlwerkes beitragen. Im Rahmen dieses Vorhaben sollen diese Kuppelgase zu C2+-Alkoholen umgewandelt werden. Diese können sowohl direkt als Treibstoff wie auch als Ausgangspunkt für andere Chemiebausteine genutzt werden. Durch die Synergie zwischen Stahlindustrie und chemischer Industrie kann somit durch Fixierung von Kohlenstoff in den verwertbaren Produkten der spezifische CO2-Ausstoß des Stahlwerkes reduziert werden. Der zentrale Punkt des Vorhabens ist die Entwicklung eines maßgeschneiderten homogenen Katalysators zur Verarbeitung von CO/CO2/H2 aus Kuppelgasen zu kurzkettigen C2+-Alkoholen. Die homogen katalysierte Umsetzung erfolgt in der Flüssigphase und schließt folgende Aspekte ein: a) Modifikation von CO2-Hydrierkatalysatoren zur direkten Umsetzung von CO/CO2/H2 zu C2+ Alkoholen b) Parallele Entwicklung eines molekularen Katalysatorsystems, welches in der Flüssigphase die Carbonylierung von Methanol mit der Hydrierung der entstehenden Carbonsäuren kombiniert und damit die direkte Homologisierung ermöglicht. c) Zudem sollen im Rahmen des Projektes unterschiedliche reaktionstechnische Konzepte (loop Reaktor, Mehrphasenkatalyse, Katalysatorimmobilisierung) für die Durchführung der Flüssigphasenreaktionen evaluiert und für den aussichtsreichten Fall demonstriert werden.
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 "Carbon2Chem- L5: Carbon2Polymers - Herstellung von Wertstoffen für die Kunststoffindustrie auf Basis von CO und CO2 aus Kuppelgasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Kohlenforschung 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 potentiell eine alternative Kohlenstoff-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 da. 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 dem Polyurethanbestandteil Toluoldiisocyanat erforscht und entwickelt werden. Ein zentraler Punkt des Vorhabens ist Teilprojekt A mit der Herstellung von Carbonaten unter der speziellen Randbedingung einer veränderten Rohstoffbasis und fluktuierendem Stromangebot. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Erforschung und Weiterentwicklung der beiden katalytischen Prozessschritte gelegt: der Phosgenbildung und der lösungsmittelfreien Direktphosgenierung. Der Partner MPI stellt darüber hinaus auch neue, definierte Kohlenstoffstrukturen her. Im Rahmen dieses Arbeitspaktes soll durch Versuche im Labormaßstab ein geeigneter Katalysator zur Phosgenbildung identifiziert werden. Dabei werden die kommerziell erhältlichen Materialien vergleichend zu den zu definierten Strukturen gemessen. Anhand der Messdaten sollen die Modelle der katalytischen Umsetzung entwickelt und validiert werden. Hierbei soll sowohl die Nebenprodukt-Bildung des aus der Patentliteratur bekannten Tetrachlorkohlenstoffs betrachtet werden als auch die Wechselwirkung des Katalysators mit aus Kuppelgasen bekannten Nebenkomponenten und Verunreinigungen wie H2, H2S, CO2, O2.
Das Projekt "Teilprojekt 'Umsetzung von Kuppelgas-basiertem Synthesegas zu C2+Alkoholen'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Technische Chemie (LTC) durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur Nutzung von zu Synthesegas aufbereitetem Kuppelgas aus einem Stahlwerk zur anschließenden, direkten Umsetzung zu kurzkettigen Alkoholen. Die Verwendung der Alkohole als Treibstoffe sowie als Ausgangspunkt für andere Chemiebausteine reduziert den Primärrohstoffverbrauch. Zum einen werden konventionelle Rohstoffquellen wie Erdgas zur Bereitstellung von Synthesegas durch Kuppelgase ersetzt. Zum anderen wird durch die Fixierung von Kohlenstoff in den verwertbaren Produkten der spezifische CO2 Ausstoß des Stahlwerks reduziert. Der Einsatz der so hergestellten Alkohole als Treibstoffe führt zu einer Substitution der entsprechenden Menge konventionellen Treibstoffs und damit auch der entsprechenden Menge Rohöl. Am LTC erfolgen Untersuchungen zur heterogen katalysierten Umsetzung von Synthesegas zu C2+-Alkoholen. Für diese Reaktion soll ein geeignetes Katalysatorsystem identifiziert und optimiert werden. Dabei wird die Katalysatorentwicklung durch umfangreiche Charakterisierung und Screening der Materialien unterstützt. Zudem sollen weiterführende kinetische Untersuchungen durchgeführt werden, um zugrundeliegende Mechanismen aufzuklären und Daten für die weitere Modellierung am LEAT bereitzustellen. Am LEAT werden aufbauend auf einem makrokinetischen Reaktionsmodell die Technikumsanlagen der Verbundpartner numerisch simuliert (CFD). Die Ergebnisse dienen der Auslegung vor dem Hintergrund der Temperaturkontrolle in den verschiedenen Laboranlagen. Zugleich werden das Reaktionsmodell und die Reaktormodelle auf Basis der generierten Messdaten überprüft, erweitert und optimiert. Anschließend erfolgt die Auslegung der Reaktoren von großtechnischem Maßstab auf Basis dieser Modelle. In Zusammenarbeit mit TKIS wird die Verfahrenskette von der Gasaufbereitung bis zur Reaktion und Produktaufbereitung ausgelegt und mit einer Prozesssimulationssoftware abgebildet.
Das Projekt "Erweitertes Impact Assessment: weitergehende Modellanalyse zu den Effekten eines 'Klimabeitrages' auf den Stromsektor und den Ausbau erneuerbarer Energien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Öko-Institut. Institut für angewandte Ökologie e.V. durchgeführt. Gegenstand des Projektes ist die Analyse und Dokumentation der Diskussion um den Klimabeitrag (Impact Assessment). Der Klimabeitrag wirkt über einen Freibetrag, der in Mio. t CO2/GW angegeben wird, und die Zahlung des Klimabeitrags. Modellgestützt werden die Wirkungen und die Parametrisierung des Klimabeitrags untersucht. Verschiedene Ausgestaltungsvarianten (Freibetragskonzept, Abbildung der KWK-Wärme, Kuppelgasgutschrift) sind zu untersuchen und zu parametrisieren. Wichtig ist die Ausgestaltung des Klimabeitrags bei sich verändernden CO2 und Brennstoffpreisen. Das Öko-Institut wird dieses Projekt hauptverantwortlich leiten und die Prognos AG als Unterauftragnehmer einbeziehen. Die Bearbeitung des Projektes seitens des Öko- Instituts erfolgt hauptsächlich im Büro Berlin des Öko-Instituts.
Das Projekt "Teilprojekt 'C2+-Alkohole'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Resource Efficiency GmbH durchgeführt. Ziel von Teilprojekt L4 ist die Entwicklung eines Prozesses zur Nutzung von Synthesegas aus aufbereitetem Kuppelgas eines Stahlwerkes zur Herstellung kurzkettiger Alkohole, die als Treibstoffkomponenten oder andere Chemiebausteine eingesetzt den Primärenergieverbrauch senken sollen. Der neue chemische Prozess erfordert die Entwicklung eines technischen Verfahrens bestehend aus einem leistungsstarken Katalysator in Kombination mit einem geeigneten Reaktorkonzept. Vorhabenziel von EVONIK ist es, ein heterogenes Katalysatorsystem für die Herstellung höherer Alkohole aus Synthesegas zu entwickeln, das im Produktionsmaßstab wirtschaftlich hergestellt werden kann. Die Katalysatorentwicklung bei EVONIK beginnt bei mit der Erzeugung und Modifizierung der aktiven Phasen im Labormaßstab. Kritische Rezepturparameter und Methoden, die auch in technischem Maßstab realisierbar sind, werden identifiziert. Danach erfolgt die Anpassung des Katalysatorträgers zur Gewährleistung der Langzeitstabilität und ggf. das Einbringen weiterer Funktionalitäten zur Methanolaktivierung. Rezepturen für Aktivmaterial und Träger bilden die Basis für Untersuchungen zur Katalysatorformgebung (Tablettierung, Extrusion und Granulation). Prozessstationarität und statistische Relevanz der Formgebung werden im kg-Maßstab mit Technikumsaggregaten überprüft, begleitet von Untersuchungen zur Morphologie (Porosität, Oberfläche), zum Abriebsverhalten und zur mechanischen Festigkeit. Untersuchungen zur Skalierbarkeit der Laborsyntheseroute dienen der Bereitstellung von optimierten Katalysatoren für die Testung im Pilotmaßstab und der Optimierung von Stoff- und Wärmeübergangsprozessen. Der Erfolg der Maßstabsübertragung wird durch XRD, REM, TEM und Sorptionsmethoden überprüft. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse analysiert den Beitrag der Katalysatorherstellkosten in der Gesamtwirtschaftlichkeit.
Das Projekt "Carbon2Chem-L2 - ProMeOH - Methanolsynthese aus Hüttengasen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Technische Chemie (LTC) durchgeführt. Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur Nutzung von zu Synthesegas aufbereitetem Kuppelgas aus einem Stahlwerk zur anschließenden, direkten Umsetzung zu Methanol. Am LTC werden Katalysatoren für die Methanolsynthese untersucht. Hierzu erfolgen zunächst in Absprache mit den anderen Projektpartnern Variationen der im Synthesegas enthaltenen Hauptkomponenten, um so den möglichen Parameterraum einzugrenzen. Darüber hinaus erfolgen hier vor allem gezielte Untersuchungen zum Einfluss von den in den in den Hüttengasen vorhandenen Spurenstoffen auf den Katalysator, um mögliche Katalysatorgifte zu identifizieren. Die kinetischen Experimente werden dabei durch eine umfangreiche Charakterisierung der frischen sowie der getesteten Katalysatoren begleitet mit dem Ziel, die zugrundeliegenden Schädigungsmechanismen aufzuklären und darauf basierend Strategien für eine Regeneration der Katalysatoren zu entwickeln. Neben den Untersuchungen am LTC erfolgen zudem ggf. in Absprache mit den anderen Projektpartnern Langzeituntersuchungen mit realen Hüttengasen im geplanten Technikum oder Planck-Labor.
Das Projekt "Teilvorhaben 'C2+-Alkohole - Testung und Verfahrensentwicklung (heterogen)'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen katalytischen Verfahrens als Herzstück einer Prozesskette zur Verarbeitung von Synthesegas aus Kuppelgasen zu kurzkettigen Alkoholen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei parallele Forschungsansätze verfolgt: a) die heterogen katalysierte Umsetzung in der Gasphase und b) die homogen katalysierte Umsetzung in der Flüssigphase. Beide Verfahrensvarianten besitzen grundsätzliche Vorteile, die auf die Synthese kurzkettiger C2+-Alkohole übertragen und für die Bewertung des Gesamtprozesses berücksichtigt werden. Die Untersuchung der Leistungsfähigkeit der Katalysatorsysteme soll von Beginn an unter prozessnahen Bedingungen erfolgen - Reaktionsführung und Katalysator werden als Einheit betrachtet und in enger Rückkopplung optimiert, da nur auf diese Weise ein abgestimmtes wirtschaftliches Verfahren entstehen kann. AP4.1: In einem Parallelreaktor (Oberhausen) werden die in AP 2 entwickelten Katalysatoren unter exakt gleichen Reaktionsbedingungen getestet und bewertet. Auf diese Weise ist ein schnelles Screening möglich und vielversprechende Muster können für tiefergehende Untersuchungen selektiert werden. AP4.2: In zwei weiteren Labortestanlagen besteht die Möglichkeit neben den Synthesegaskomponenten CO, CO2 und H2 auch Alkohole, speziell Methanol, in den Feedgasstrom zuzugeben. Am Standort Oberhausen werden mit selektierten Katalysatoren aus AP4.1 intensiven Messungen zu Gaszusammensetzung und Reaktionsbedingungen durchgeführt, um Rückschlüsse auf die Makrokinetik zu ziehen. Am Standort Sulzbach-Rosenberg wird explizit die Methanol-Homologisierung untersucht und die Möglichkeit zur MeOH-Kreisführung bewertet. AP4.3: In der zweiten Projekthälfte wird die Oberhausener Labortestanlage im Technikum Duisburg installiert und betrieben. Selektierte heterogene Katalysatoren werden hier unter realen Bedingungen mit aufgereinigtem Hüttengas untersucht und für eine mögliche Testung in einer Miniplant Anlage (AP4.4) bewertet.
Das Projekt "Teilprojekt 'Entwicklung und Anwendung neuer Katalysator-Materialien zur direkten Synthese von kurzkettigen Alkoholen aus Synthesegasen eines Hüttenwerks'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ThyssenKrupp AG, Corporate Function Technology - Innovation & Sustainability durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines Katalysatorsystems sowie eines geeigneten Gesamtprozesses zur Nutzung von zu Synthesegas aufbereitetem Kuppelgas aus einem Hüttenwerk zur anschließenden, direkten Umsetzung zu kurzkettigen Alkoholen. Die Verwendung der Alkohole als Treibstoffe sowie als Ausgangspunkt für andere Chemiebausteine reduziert den Primärrohstoffverbrauch. Zum einen werden konventionelle Rohstoffquellen wie Erdgas zur Bereitstellung von Synthesegas durch Kuppelgase ersetzt. Zum anderen wird durch die Fixierung von Kohlenstoff in den verwertbaren Produkten der spezifische CO2 Ausstoß des Hüttenwerks reduziert. Der Einsatz der so hergestellten Alkohole als Treibstoffe führt zu einer Substitution der entsprechenden Menge Treibstoff und damit auch der entsprechenden Menge Rohöl, die sonst zur Treibstoffproduktion verwendet werden würde. Mit Projektbeginn starten seitens tk die Arbeiten an der Entwicklung und Ausarbeitung des Gesamtprozesses zur Synthese von C2+-Alkoholen sowie die Planung einer Katalysator-Testanlage. Mit fortschreitender Projektdauer und Inbetriebnahmen der im Projekt vorhandenen oder neu aufzubauenden Testanlagen werden katalytische Testmessungen durchgeführt, die in Begleitung von tk-Personal koordiniert werden. An generierten Testergebnissen werden fortlaufend die Messkampagnen zielführend ausgerichtet, so dass experimentell aber auch systemisch über die Prozesssimulation und eine ökonomische Betrachtung ein optimales technoökonomisches Prozesskonzept entwickelt und validiert wird.
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