Wir betrachten Power-to-Chemicals (P2Chem) Prozesse, die Strom zur Herstellung von hochwertigen Chemikalien nutzen. Hierbei können grundsätzlich verschiedenste Komponenten wie katalytische Reaktoren oder Elektrolysezellen eingesetzt und miteinander kombiniert werden. Als Zielprodukt betrachten wir in diesem Projekt Synthesegas, aus dem man viele wichtige Basischemikalien erzeugen kann. In P2Chem befassen wir uns mit der mathematischen Analyse dieser Prozesse und den treibenden Fragestellungen unserer Industriepartner, der Avacon AG und der BASF SE. So gibt es eine große Anzahl denkbarer Verschaltungen zwischen Reaktions- und Separationsschritten zur Konversion stofflicher Gemische, die im Prozess auftreten. Wir möchten erstmals systematisch und mit Hilfe moderner Mathematik untersuchen, welche Varianten sinnvolle Beiträge zur Nutzung erneuerbarer Energie zur Chemieproduktion leisten können. Neben der Wirtschaftlichkeit und Ankopplungsmöglichkeiten an Gas- und Stromnetzwerke sind die Sicherheit und die Flexibilität der Prozessführung sehr wichtig. Es geht hier um das schnelle Reagieren auf zeitlich variierende Randbedingungen wie Preise oder Qualität biogener Rohstoffe. Dabei müssen rechtliche, ökonomische, ökologische und sicherheitstechnische Aspekte berücksichtigt werden. Im Rahmen von P2Chem wird erstmals eine enge Verzahnung zwischen Modellreduktion, PDE Optimierung und MINLP Verfahren angestrebt. So sollen Algorithmen entwickelt werden, um adaptiv reduzierte Modelle zum strong branching, zum diving und zur heuristischen Berechnung von oberen Schranken zu verwenden. Die Problematik der Adaption reduzierter Modelle an die Veränderung der Parameter innerhalb eines Optimierungsprozesses soll vor dem Hintergrund ähnlicher optimaler Lösungen in Teilbäumen betrachtet werden. Die automatisierte, stabile, robuste, parallelisierte und effiziente Optimierung einzelner Komponenten und relaxierter Superstruktur-Probleme ist ein weiterer elementarer Bestandteil.
Wir betrachten Power-to-Chemicals (P2Chem) Prozesse, die Strom zur Herstellung von hochwertigen Chemikalien nutzen. Hierbei können grundsätzlich verschiedenste Komponenten wie katalytische Reaktoren oder Elektrolysezellen eingesetzt und miteinander kombiniert werden. Als Zielprodukt betrachten wir in diesem Projekt Synthesegas, aus dem man viele wichtige Basischemikalien erzeugen kann. In P2Chem befassen wir uns mit der mathematischen Analyse dieser Prozesse und den treibenden Fragestellungen unserer Industriepartner, der Avacon AG und der BASF SE. So gibt es eine große Anzahl denkbarer Verschaltungen zwischen Reaktions- und Separationsschritten zur Konversion stofflicher Gemische, die im Prozess auftreten. Wir möchten erstmals systematisch und mit Hilfe moderner Mathematik untersuchen, welche Varianten sinnvolle Beiträge zur Nutzung erneuerbarer Energie zur Chemieproduktion leisten können. Neben der Wirtschaftlichkeit und Ankopplungsmöglichkeiten an Gas- und Stromnetzwerke sind die Sicherheit und die Flexibilität der Prozessführung sehr wichtig. Es geht hier um das schnelle Reagieren auf zeitlich variierende Randbedingungen wie Preise oder Qualität biogener Rohstoffe. Dabei müssen rechtliche, ökonomische, ökologische und sicherheitstechnische Aspekte berücksichtigt werden. Im Rahmen von P2Chem wird erstmals eine enge Verzahnung zwischen Modellreduktion, PDE Optimierung und MINLP Verfahren angestrebt. So sollen Algorithmen entwickelt werden, um adaptiv reduzierte Modelle zum strong branching, zum diving und zur heuristischen Berechnung von oberen Schranken zu verwenden. Die Problematik der Adaption reduzierter Modelle an die Veränderung der Parameter innerhalb eines Optimierungsprozesses soll vor dem Hintergrund ähnlicher optimaler Lösungen in Teilbäumen betrachtet werden. Die automatisierte, stabile, robuste, parallelisierte und effiziente Optimierung einzelner Komponenten und relaxierter Superstruktur-Probleme ist ein weiterer elementarer Bestandteil.
Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Hauptziele der Bekanntmachung 'Kopernikus-Projekte für die Energiewende' des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Aufgrund der gestiegenen Umwelt- und Klimaschutzanforderungen sollen eine langfristige Dekarbonisierung der Energiesysteme und eine Speicherung und Nutzung des 'Überschussstromes' aus erneuerbaren Quellen erfolgen. Das Vorhaben soll im Erfolgsfall als Teil des Kopernikus-Projektes 'P2X' einen signifikanten Beitrag zu den Zielen der deutschen Energiewende leisten. Ziel des Vorhabens ist es, Lösungen zu erarbeiten, zu demonstrieren und zu implementieren, mit denen unter Einsatz erneuerbar erzeugter elektrischer Energie stoffliche Energieträger und chemische Produkte für Anwendungen in den industriellen Leitmärkten Energie, Transport/Verkehr und Chemie wirtschaftlich, zeitlich flexibel und auf die gesellschaftlichen Bedürfnisse abgestimmt produziert werden. Das ifeu bearbeitet hierbei das Arbeitspaket AP 5 des Forschungsclusters FC-A2 und es betätigt sich in der Roadmap durch ökologische Bewertung und Diskussion. Forschungscluster FC-A2: CO2 direkt, einstufig, elektrochemisch wieder in Rohstoffe mit hoher Wertschöpfung oder auch Energieträger umwandeln zu können, stellt die Umkehrung von Verbrennungs- bzw. anderen Nutzungsprozessen dar. Das Ziel des Forschungsclusters ist die Evaluierung der Elektrolyse von CO2 zu CO bezüglich Selektivität, Energieeffizienz und erreichbaren Stromdichten in einer industriellen Wertschöpfungskette. Roadmap: Die Roadmap ist essenzieller Bestandteil des Entscheidungsprozesses in P2X. Sie wird im engen Austausch mit der Analyse der ökonomischen, ökologischen und sozialen Rahmenbedingungen der einzelnen Technologieentwicklungen innerhalb der Forschungscluster entwickelt. Eine intensive Vernetzung zu den Kopernikus-Projekten der anderen Themenbereiche ist essenzieller Bestandteil der Aktivitäten.
Das geplante Forschungsvorhaben adressiert die Hauptziele der Bekanntmachung 'Kopernikus-Projekte für die Energiewende' des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Aufgrund der gestiegenen Umwelt- und Klimaschutzanforderungen sollen eine langfristige Dekarbonisierung der Energiesysteme und eine Speicherung und Nutzung des 'Überschussstromes' aus erneuerbaren Quellen erfolgen. Das Vorhaben soll im Erfolgsfall als Teil des Kopernikus-Projektes 'P2X' einen signifikanten Beitrag zu den Zielen der deutschen Energiewende leisten. Ziel des Vorhabens ist es, Lösungen zu erarbeiten, zu demonstrieren und zu implementieren, mit denen unter Einsatz erneuerbar erzeugter elektrischer Energie stoffliche Energieträger und chemische Produkte für Anwendungen in den industriellen Leitmärkten Energie, Transport/Verkehr und Chemie wirtschaftlich, zeitlich flexibel und auf die gesellschaftlichen Bedürfnisse abgestimmt produziert werden. Die Evonik Creavis GmbH bearbeitet hierbei die Arbeitspakete AP4 und AP7 des Forschungsclusters FC-B2. Der Schwerpunkt liegt aktuell auf Forschungscluster FC-B2: In diesem Forschungscluster sollen intensivierte, modulare und skalierbare Prozesstechnologien zur Umwandlung von CO2 und H2 in emissionsarme Synthesekraftstoffe sowie in Spezialchemikalien mit hoher Wertschöpfung entwickelt werden. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Möglichkeit eines autarken und dezentralen Einsatzes der gesamten Prozessketten gelegt. Kernanforderungen sind Kompaktheit, hohe energetische Gesamteffizienz sowie Toleranz gegenüber Lastwechseln und häufigen An- und Abfahrvorgängen.