Strom als Rohstoff

Das Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff« startete 2015 mit dem Ziel, elektrochemische Verfahren zu entwickeln, mit deren Hilfe wichtige Rohstoffe für die chemische Industrie klimaneutral hergestellt werden können. Klimaneutral hießt in diesem Zusammenhang: Um Basischemikalien wie Wasserstoffperoxid, Ethen, Alkohole oder Säuren zu synthetisieren, sollte grüner – sprich: CO₂-armer – Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommen. Durch diese Systemkopplung zwischen Energiesystem und Chemieindustrie wollten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der neun am Leitprojekt beteiligten Fraunhofer-Institute den Weg zu Produkten mit »grünem Fußabdruck« ebnen.

Die Herstellung von Chemikalien ist nach wie vor sehr energie- und kostenintensiv. Die Folge: Die Chemiebranche ist laut VDI – Verein Deutscher Ingenieure e.V. aktuell für etwa sieben Prozent der gesamten deutschen Treibhausgasemissionen verantwortlich. Mit Hilfe der im Leitprojekt »Strom als Rohstoff« entwickelten Technologien lassen sich grüner Strom in chemische Projekte umwandeln (Power-to-Chemicals) und dadurch Treibhausgasemissionen reduzieren oder ganz vermeiden. Zudem führen der reduzierte Energie- und Materialverbrauch direkt zu Kostenersparnissen im Produktionsprozess.

Im Leitprojekt »Strom als Rohstoff« wurden neue elektrochemische Verfahren entwickelt, technisch demonstriert und ihre Kopplung mit dem deutschen Energiesystem analysiert. Entstanden sind dabei Produkte, Prozesse und Dienstleistungen für Prozessindustrie und Energiewirtschaft. Sie werden unter der Marke eSource^® als technologische Forschungs-, Entwicklungs- und Bildungsplattform bereitgestellt. Als konkrete Ergebnisse liegen vor:

Elektrochemische Prozesse

• Herstellung von Wasserstoffperoxid (H₂O₂)
• Konversion von Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu Ethen (C₂H₄)
• Konversion von Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu kurzkettigen Alkoholen und Säuren (Hochdruckelektrolyse)
• Konversion von Kohlenstoffdioxid (CO₂) zu langkettigen Alkoholen (Hochtemperatur-Co-Elektrolyse und optimiertes Fischer-Tropsch-Verfahren)

Komponenten

• Optimierte Katalysatoren
• Neue Elektrodensysteme
• Neue ionenleitfähige Polymermembranen

Systembewertung

• Modellierungs- und Optimierungswerkzeuge
• Marktanalysen und Geschäftsmodelle
• Neue Methoden zur Nachhaltigkeitsbewertung

Kompetenzspektrum für Innovationen bei elektrochemischen Synthesen

• Prozessentwicklung sowie Bau und Betrieb von Pilotanlagen (Batch und Durchflussbetrieb)
• Entwicklung und Test von (Elektro-)Katalysatoren, Zellen und Stacks
• Verfahren zur Herstellung und zum Test von Elektroden für elektrochemische Prozesse
• Entwicklung von ionenleitfähigen Polymermembranen
• Analytik und Charakterisierung von Katalysatoren, Elektroden, Zellen und Membranen
• Modellierung, Simulation und Optimierung
• Systemanalyse und Nachhaltigkeitsbewertung
• Innovationsmanagement
• Projekt- und Geschäftsmodellentwicklung

• Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP
• Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
• Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
• Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
• Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
• Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
• Fraunhofer-Institut für Holzforschung Wilhelm-Klauditz-Institut WKI