Strom als Rohstoff nutzen

Fraunhofer-Leitprojekt

© shutterstock.de / Collage: Fraunhofer UMSICHT

Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff«

Die Energiewende ermöglicht es, Strom deutlich CO2-ärmer zu erzeugen. Fließt dieser Strom in elektrochemische Reaktionen, werden Basischemikalien für die industrielle Produktion zugänglich, für die bislang Erdöl verbraucht wurde. Auf diese Weise eröffnen sich neue Wege zum Aufbau einer stromgeführten Produktion in der chemischen Industrie. Elektrochemische Verfahren werden zu Schlüsseltechnologien für die Kopplung zwischen Energiesystem und Chemieproduktion.

Ziel

Um den Wandel zu einer stromgeführten Produktion zu gestalten, haben neun Fraunhofer-Institute unter Federführung von Fraunhofer UMSICHT ihre Kompetenzen gebündelt. Im Rahmen des Leitprojekts »Strom als Rohstoff« entwickeln und optimieren die Forscher neue elektrochemische Verfahren, die mit regenerativ erzeugtem Strom wichtige Basischemikalien synthetisieren. Ziel des Verbundprojekts ist es, neue Verfahrenskonzepte für effiziente, modulare und dezentrale Produktionsbetriebe zu etablieren und so die chemische Industrie langfristig nachhaltiger zu gestalten.

Meilensteine

Im Leitprojekt werden neue elektrochemische Verfahren entwickelt, technisch demonstriert und ihre Einkopplung in das deutsche Energiesystem vorbereitet. Zwei Syntheserouten stehen im Fokus: (1) Die dezentrale elektrochemische Herstellung von Wasserstoffperoxid (H2O2) sowie (2) die elektrochemische Konversion von Kohlenstoffdioxid (CO2) zu Ethen, Alkoholen und organischen Säuren.

Die Entwicklung dieser Syntheserouten wird unterstützt durch Querschnittsforschung: Dazu zählen optimierte Katalysatoren, Elektrodensysteme und ionenleitfähige Polymermembranen. So wurde z.B. ein völlig neuer, kostengünstiger und umweltverträglicher Membrantyp für elektrochemische Zellen entwickelt. Marktanalyse, Modellierungswerkzeuge und neue Methoden zur Nachhaltigkeitsbewertung runden die Systemoptimierung einer stromgeführten Produktion im Leitprojekt ab.

»Strom als Rohstoff« ist auf eine lange Verwertungskette angelegt. Dazu werden Innovationsschnittstellen zu Branchen wie Chemie, Anlagenbau, Papier, Textil, Recycling, Wasser über einen Multibranchenansatz erschlossen.

Im Business und Innovation Center (BIC) werden FuE-Leistungen für Industrie und Gesellschaft bereitgestellt. Damit entsteht die Fraunhofer-Markenwelt »eSource®«, die alle Kompetenzen, Produkte, Prozesse und Dienstleistungen rund um die Elektrochemie und Verfahrenstechnik bündelt.

 

  • Fragen und Antworten
    »Strom als Rohstoff« für eine nachhaltige Chemie

    Dr. Hartmut Pflaum und Michael Prokein im Interview

Teilprojekte

 

Mit Strom zu Wasserstoffperoxid

H2O2 nach Bedarf (on demand) herzustellen ist für viele Anwender von Vorteil. Der neue Prozess ermöglicht eine dezentrale Produktion, die mit 100 Prozent Ökostrom betrieben werden kann.

 

Mit Strom zu Ethen

Ethen ist eine der wichtigsten Basischemikalien der petrochemischen Industrie. Der Prozess demonstriert die Herstellung von Ethen aus CO2 und Wasser in nur einem Schritt.

 

Mit Strom zu Alkoholen und Säuren

Kurzkettige Alkohole sind Basisstoffe der chemischen Industrie. Der neue Prozess setzt CO2 und Wasser zu kurzkettigen Alkoholen über ein einstufiges Hochdruckelektrolyseverfahren um.

 

Mit Strom zu langkettigen Alkoholen

Langkettige Alkohole sind hochpreisige Grundstoffe, z.B. in der Kunststoffproduktion. Zur Gewinnung aus CO2 und Wasser kommt ein gekoppelter Prozess aus Hochtemperaturelektrolyse und Fischer-Tropsch-Synthese zum Einsatz.

 

Innovative Helfer

Membranen, Elektroden und eine ausgefeilte Analytik sind wichtige Werkzeuge elektrochemischer Zellen und Prozesse. Für die elektrochemisch geführte Produktion stehen nun neue Membranen und Charakterisierungsverfahren bereit.

 

Vom Molekül zum Prozess

Zur Unterstützung der einzelnen Prozesse wurde ein digitales Werkzeug konzipiert. Das interaktive Tool für multidimensionale Datensätze visualisiert und steuert elektrochemische Prozesse in Abhängigkeit des Energiemarktes.

 

Vom Prozess zum System

Das Konzept von »Strom als Rohstoff« wurde unter Nachhaltigkeitsaspekten bewertet. Die Ergebnisse zur Kopplung der elektrochemischen Produktionsprozesse mit dem Energiesystem wurden in Stakeholderdialogen mit der Industrie bewertet.