Strom als Rohstoff nutzen

Fraunhofer-Leitprojekt

© shutterstock/Composing: Fraunhofer UMSICHT

Energiesystem und Chemieproduktion verbinden

2019 wurden fast 43 Prozent des deutschen Stroms aus erneuerbaren Energien erzeugt. Tendenz steigend. Dieser CO2-arme Strom eröffnet neue Wege für die Kopplung von Energiesystem und Chemieproduktion – zusammengefasst unter dem Schlagwort Power-to-X. Die Frage, wie neue elektrochemische Verfahren aussehen können, die mit regenerativ erzeugtem Strom Basischemikalien wie Wasserstoffperoxid, Ethen, Alkohole oder Säuren synthetisieren, beantwortet das 2019 abgeschlossene Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff«. Sein Ziel: chemische Produkte langfristig mit Strom nachhaltiger zu produzieren.

Prozesse und Dienstleistungen für Produkte mit grünem Fußabdruck

Zu diesem Zweck haben neun Fraunhofer-Institute unter Federführung des Fraunhofer UMSICHT ihre Kompetenzen und technischen Infrastrukturen gebündelt. Ergebnisse dieser Zusammenarbeit sind Know-how, Produkte, Verfahrenstechnologien und Dienstleistungen für Prozessindustrie und Energiewirtschaft. Angefangen bei Demonstrationsanlagen zur elektrochemischen Herstellung der Chemikalien über optimierte Katalysatoren und Elektrodensysteme bis zu Werkzeugen zu Modellierung, Marktanalyse und Nachhaltigkeitsbewertung.

Digitales Kompetenzzentrum bündelt Know-how zur Sektorenkopplung

Elektrochemie trifft Verfahrenstechnik: Unter diesem Motto bietet Fraunhofer Forschungsergebnisse und Know-how für Unternehmen und Institutionen, die im Bereich Sektorenkopplung aktiv sind, gebündelt an– und zwar über das digitale Kompetenzzentrum eSource®. Als Forschungs-, Entwicklungs- und Bildungsplattform vereint es FuE-Leistungen aller beteiligten Fraunhofer Institute, liefert Produktentwicklung und Prozessoptimierung aus einer Hand.

Weitere Informationen sind auf der eSource®-Projektseite zu finden.

 

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.