Low Carbon Technologies

Die Abteilung entwickelt gemeinsam mit industriellen Partnern Technologien und Lösungen im Themengebiet der Sektorenkopplung mit einem Schwerpunkt auf crossindustriellen Systemen. Die Vermeidung, Reduzierung und Nutzung von CO₂ ist dabei ein wesentliches Ziel der Arbeiten. Die Technologieentwicklung wird durch Prozesssimulationen und übergeordnete Systemintegration, -planung, und -optimierung unterstützt. Die Abteilung nutzt dafür Methoden und Werkzeuge der Digitalisierung wie zum Beispiel simulationsgestützte Regelung, Predictive Maintenance, Reverse Modelling, Co-Simulation und Digital Twin, womit experimentelle Verfahrensentwicklung, Prozesssimulation und Systembetrachtung vereint werden.

Bei der Technologieentwicklung bilden chemische Technologien und die Gasreinigung bzw. -bereitstellung zwei Themenschwerpunkte. Hierzu zählen die Bereitstellung von Wasserstoff und Kohlenstoffquellen (CO/CO₂) für Synthesen sowie der Transport und die notwendige Logistik und Nutzung der Gase auf einer systemischen Ebene. Die Abteilung ist in der Lage, komplette Wertschöpfungsketten abzubilden – von den Rohstoffen über deren Aufarbeitung bis hin zur Synthese von Produkten wie zum Beispiel Kraftstoffen oder Grundstoffen für die Industrie. Die Digitalisierung, Optimierung, Flexibilisierung und Dynamisierung von Prozessen sind Ziele der Entwicklungen.

Chemische Technologien

Die Gruppe Chemische Technologien entwickelt Prozesse und Produkte aus nachhaltigen Roh- und Reststoffen. Wir erzeugen in katalytischen Verfahren Chemikalien und Kraftstoffe, die kurz- bis mittelfristig nicht nachhaltig hergestellte Produkte ersetzen können. Wir setzen zur Verfahrensentwicklung automatisierte Laboranlagen (Mini-Plants) ein, die auch bei hohen Temperaturen und unter hohem Druck betrieben werden können. Neben der Synthese befassen wir uns auch mit der Aufreinigung der Produktgemische und der weiteren Veredelung in chemischen Folgeprozessen. Wir kombinieren bei den Arbeiten thermische Prozesse wie die Schnellpyrolyse und Vergasung mit biobasierten Ausgangastoffen mit katalytischen Verfahren wie der Methanolsynthese, mit in Menge und Zusammensetzung fluktuierenden Gasströmen, oder aber der Herstellung von höheren Alkoholen aus Methanol, Ethanol, oder Isopropanol. Die Produkte können als Kraftstoffe für Schiffe, Fahrzeuge und – nach einem weiteren Hydrierschritt – sogar als Jetfuel verwendet werden.

Gasreinigung und Gasspeicher

PDie Bedeutung spezieller Verfahren zur Gasreinigung wird in einer zirkularen Wirtschaft stark wachsen. Insbesondere der Bedarf von Wasserstoff sowie die Nutzung von CO- oder CO₂ haltigen Gasströmen sind hier entscheidende Faktoren. Die Arbeitsgruppe befasst sich insbesondere mit Gasreinigungsverfahren wie Temperatur- und Druckwechseladsorption. Ein Fokus liegt auf Arbeiten zur thermischen Regenerierung von Adsorbentien oder Filtern mit Electric Swing Adsorption (ESA). Auf diese Weise kann ein Adsorbens besonders energieeffizient und schnell regeneriert werden. Das Verfahren eignet sich beispielsweise zur Abtrennung von Spurenkomponenten aus Gasströmen, aber auch zur Abscheidung von CO₂ aus der Luft.

In der Arbeitsgruppe werden neben der Prozessentwicklung auch auf die Prozesse abgestimmte Materialentwicklungen und Prozesssimulationen durchgeführt.

Weitere Themen sind zum Beispiel die Aufreinigung von Gasen (H₂/CH₄) aus Kavernenspeichern, die Behandlung Ammoniak-haltiger Gasströme oder die Trennung von CO/N₂-Gemischen.

Cross-industrielle Produktionssysteme

Die Umsetzung der Energiewende sowie der notwendigen Transformationsschritte für die klimaneutrale Industrie werden in dem notwendigen Umfang nicht mehr allein sektoren- bzw. branchenbezogen zu lösen sein. Vielmehr wird die Defossilisierung von Prozessen, der Einsatz erneuerbarer Energien und die Verwendung nachwachsender Rohstoffe nur über die Kopplung von Energie- und Stoffflüssen unterschiedlicher Produktionssysteme möglich sein.

Unsere Arbeiten fokussieren hierbei insbesondere auf die Konzeption und systemische Betrachtung von cross-industriellen Produktionssystemen, wie sie im Rahmen von Carbon Capture and Utilization (CCU) und PTX-Lösungen umgesetzt werden.

Modellierung und Simulation

Effiziente Simulationen bieten Erkenntnisgewinne, die auf dem herkömmlichen experimentellen Weg nur sehr zeit- und kostenintensiv darzustellen sind. Die geeignete Modellwahl ist dabei ein Schlüssel zum Erfolg. Unser Portfolio reicht von der Erstellung realer Modelle bis hin zu abstrakten mathematischen Formulierungen.