Lignin ist ein nachwachsender Rohstoff (Bestandteil von Holz, in etwa 30 % Gewichtsanteil der Trockenmasse), der als Biopolymer aus hoch funktionalisierten, phenolischen Makromolekülen aufgebaut ist. Dieser biogene Rohstoff fällt in der Holz- und Zellstoffverarbeitenden Industrie in großen Mengen als Neben- beziehungsweise Reststoff an und wird bis heute nur wenig stofflich genutzt. Ein Großteil wird verbrannt und energetisch genutzt. Im Sinne einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft und einer bestmöglichen Wertschöpfung soll in ElektrALig ein innovativer Weg aufgezeigt werden, wie die regenerative Kohlenstoffquelle Lignin großtechnisch als chemischer Grundstoff für die Herstellung von Polymerbausteinen genutzt werden kann. In einem zweistufigen Produktionsverfahren sollen dazu die im Lignin enthaltenen aromatischen Polymerbausteine chemisch aufgeschlossen, über eine konvergente elektrochemische Umsetzung zu definierten Zielstrukturen umgesetzt und so für Anwendungen in der Produktion von Polymerharzen zugänglich gemacht werden. Zusammenarbeit der Industriepartner Mercer Rosenthal, Borregaard, Covestro und Heraeus und der Ruhr-Universität Bochum mit dem Lehrstuhl CSC und der Arbeitsgruppe Apfel als ausführenden Stellen vereint eine einzigartige Expertise im Bereich der Ausgangsstoffe, der chemischen Verfahrenstechnik, der elektrochemischen Reaktionstechnik und der Polymeranwendungen. So kann eine effiziente Strategie zur stofflichen Nutzung von Lignin umgesetzt werden, die von einem grundlegenden chemischen Verständnis des Aufbaus von technisch verfügbaren Ligninen, über konkrete Teilschritte zu einem ausgefeilten verfahrenstechnischen Konzept der strom-basierten Konversion des biogenen Rohstoffes Lignin reicht.
Im Fokus des Projektes 'Aufwertung CO2-reicher Gasströme biogenen Ursprungs zu Wertstoffen für die chemische Industrie durch Schwefelwasserstoffabtrennung' steht die Entwicklung eines ökonomisch effizienten und gleichzeitig ökologisch vorteilhaften Prozesses zur Abscheidung von geringen Schwefelwasserstoff-Gehalten aus kohlendioxid-haltigen Gasströmen. Solche Stoffgemische fallen in großen Mengen bei der Reinigung gasförmiger Produkte aus Anlagen zur Biomasse-Vergärung und Biomasse-Vergasung an. Die vollständige Abtrennung des Schwefelwasserstoffs ist essentiell für den späteren Einsatz der gasförmigen Produkte (Biogas, Synthesegas, Kohlenstoffdioxid) als wertvollem Energieträger und Rohstoff für die chemische Industrie. In den nachgelagerten Prozessen wirkt H2S sonst als Störstoff bzw. Katalysatorgift und verhindert als Beimengung die weitere Verwendung der Produkte. Die zentrale Fragestellung des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines effizienten Prozesses für die Abscheidung kleiner H2S-Mengen aus CO2-reichen Gasströmen, um die Rückführung und Nutzung des gebundenen Kohlenstoffs zu ermöglichen. Dabei liegt der Fokus auf dem Einsatz besonders umweltfreundlicher Oxidationsmittel. Das Erreichen hoher Schwefelwasserstoffumsätze bei minimaler Kohlenstoffdioxid-Absorption durch gezielten Einsatz von pH, Temperatur, Druck und Katalysatoren steht dabei im Mittelpunkt. Zentrale Entwicklungsziele sind die Identifikation eines geeigneten Reaktionssystems und verfahrenstechnischen Apparats, die Simulation und Pilotierung des Verfahrens sowie die ökologische und ökonomische Bewertung.
Im Fokus des Projektes 'Aufwertung CO2-reicher Gasströme biogenen Ursprungs zu Wertstoffen für die chemische Industrie durch Schwefelwasserstoffabtrennung' steht die Entwicklung eines ökonomisch effizienten und gleichzeitig ökologisch vorteilhaften Prozesses zur Abscheidung von geringen Schwefelwasserstoff-Gehalten aus kohlendioxid-haltigen Gasströmen. Solche Stoffgemische fallen in großen Mengen bei der Reinigung gasförmiger Produkte aus Anlagen zur Biomasse-Vergärung und Biomasse-Vergasung an. Die vollständige Abtrennung des Schwefelwasserstoffs ist essentiell für den späteren Einsatz der gasförmigen Produkte (Biogas, Synthesegas, Kohlenstoffdioxid) als wertvollem Energieträger und Rohstoff für die chemische Industrie. In den nachgelagerten Prozessen wirkt H2S sonst als Störstoff bzw. Katalysatorgift und verhindert als Beimengung die weitere Verwendung der Produkte. Die zentrale Fragestellung des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines effizienten Prozesses für die Abscheidung kleiner H2S-Mengen aus CO2-reichen Gasströmen, um die Rückführung und Nutzung des gebundenen Kohlenstoffs zu ermöglichen. Dabei liegt der Fokus auf dem Einsatz besonders umweltfreundlicher Oxidationsmittel. Das Erreichen hoher Schwefelwasserstoffumsätze bei minimaler Kohlenstoffdioxid-Absorption durch gezielten Einsatz von pH, Temperatur, Druck und Katalysatoren steht dabei im Mittelpunkt. Zentrale Entwicklungsziele sind die Identifikation eines geeigneten Reaktionssystems und verfahrenstechnischen Apparats, die Simulation und Pilotierung des Verfahrens sowie die ökologische und ökonomische Bewertung.
Die INERATEC GmbH wurde 2016 am Standort Karlsruhe gegründet und stellt mit einem Jahresumsatz von rund 3 Millionen Euro ein Kleinunternehmen gemäß EU Definition dar. Das Unternehmen stellt Power-To-Liquid Anlagen (PtL) her, die zur Produktion von Kohlenwasserstoffen (u.a. für E-Fuels und chemische Grundstoffe) auf Basis von CO2 und Wasserstoff dienen. Durch E-Fuels ergeben sich neue Möglichkeiten, das Ziel der CO2-Neutralität des Verkehrssektors voranzutreiben.
Aktuell plant die INERATEC GmbH die großtechnische Errichtung einer innovativen PtL-Anlage sowie deren Demonstrationsbetrieb, mit einer Produktionskapazität von bis zu 2.500 Tonnen erneuerbarer Kohlenwasserstoffe pro Jahr aus erneuerbaren Energien. Insbesondere durch das modulare Reaktorkonzept kann der Betrieb der Anlage grundsätzlich lastflexibel erfolgen und eignet sich für den Einsatz mit erneuerbaren Energien.
So wird die neue Anlage neben biogenem CO2 mit Wasserstoff betrieben, der aus erneuerbarem Strom gewonnen wird. In einer Elektrolyse wird dieser Strom genutzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufzutrennen. Im Power-to-Liquid Prozess werden anschließend aus den Ausgangsstoffen H2 und CO2 Kraftstoffe sowie Chemikalien produziert. Diese können in Form von nachhaltigem Kerosin, klimaneutralem Benzin oder sauberem Diesel die Kraftstoffe fossiler Herkunft ersetzen. Das Projekt nutzt im Industriepark vorhandenen Wasserstoff, der vor Ort als Nebenprodukt eines chemischen Prozesses entsteht, und erwirbt die entsprechenden Zertifikate für erneuerbaren Strom.
Gastrennmembranen stellen eine Querschnittstechnologie für die Energiewende dar. Sie erlauben es, eine modular skalierbare und dynamisch betreibbare Gastrenntechnologie an verschiedenste Anlagentypen und -größen anzupassen und dabei durch die unterschiedlichen zur Verfügung stehenden Membranmaterialien zahlreiche Trennaufgaben zu adressieren. Aus diesem Grunde sind sie bestmöglich geeignet, unterschiedliche Industrie- und Energieerzeugungssegmente im Sinne der Sektorkopplung zu verbinden. Dieser Querschnittsgedanke wird im geplanten Vorhaben MemKoWI durch die Untersuchung von Membranverfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus verschiedenen, in der Industrie und der regenerativen Energieerzeugung auftretenden Abgas- und Prozessgasströmen verfolgt. Beide Gaskomponenten, CO2 und H2, stellen im Kontext der Energie- und Rohstoffwende Einsatzstoffe für die Erzeugung von Energieträgern und industriellen Grundstoffen mittels Power-to-X Verfahren dar. Im geplanten Vorhaben sollen dazu exemplarisch relevante Abgas- und Prozessgasströme folgender ausgewählter Industrieprozesse betrachtet werden: - Regenerative Energieerzeugung: Frischholzkraftwerk CO2-Abtrennung aus dem Abgas. - Zementindustrie: CO2-Abtrennung aus dem Abgas. - Eisen- und Stahlindustrie o Gichtgaskraftwerk: CO2-Abtrennung aus dem Abgas o Hochofengas: CO2-Abtrennung und Aufbereitung für anschl. Synthesegasherstellung o Hochofengas: H2-Abtrennung und prozessinterne Rückführung als Reduktionsmittel o Koksofengas: H2-Abtrennung zur Aktivierung von CO2 für die Erzeugung von Grundchemikalien und Kraftstoffen sowie zur Nutzung als Reduktionsgas im Hochofen und Direktreduktion. Der Fokus des Vorhabens liegt auf der experimentellen Untersuchung des Gastrennverfahrens im Miniplant- und Testanlagenmaßstab. Dabei sollen ein- und zweistufige Verfahrensführungen getestet werden. Begleitet werden sollen die experimentellen Aktivitäten durch theoretische Arbeiten zur Modellierung und Simulation der Trennverfahren.