Messe  /  22. August 2022  -  26. August 2022

ACHEMA

Die Prozessindustrie ist der Innovationsmotor der Weltwirtschaft und Impulsgeber für zahlreiche Industriezweige. Nahezu alle globalen Wertschöpfungsketten profitieren von Leistungen der Chemie, der Biotechnologie und der Prozesstechnik. Die zentrale Bühne mit aktuellen Techniktrends ist die ACHEMA.

Halle 4, Stand D3

Am Fraunhofer IKTS greifen Werkstoff-, Technologie- und Verfahrensexpertise ineinander und ermöglichen so komplexe, energieeffiziente verfahrenstechnische Systeme. Keramische Membranen, Filter, Adsorbenzien und Katalysatoren spielen eine zentrale Rolle bei Prozessen der Gasaufbereitung und Wasserbehandlung. Zudem werden keramische Membranverfahren mit innovativen Werkstoffen zu neuen Reaktorkonzepten kombiniert.
 

Highlights

Keramische Technologien für hocheffiziente Power-to-X-Prozesse

Bei der notwendigen Reduzierung industrieller CO2-Emissionen sind sogenannte Power-to-X-Prozesse von entscheidender Bedeutung, da sie die Nutzung erneuerbarer Energien zur Herstellung verschiedener chemischer Produkte erlauben. Dies erfolgt durch die Kopplung einer Elektrolyse zur Bereitstellung von Wasserstoff mit einer Produktsynthesestufe. Auf diesem Weg können sowohl synthetische Kraftstoffe, u. a. für den Flugverkehrssektor, als auch wichtige chemische Grundprodukte hergestellt werden. Mögliche Zielprodukte sind kohlenstoffhaltige Rohprodukte für die chemische Industrie, die z. B. in Kunststoff­produkte und Kosmetika weiterverarbeitet werden können, aber auch Verbindungen wie Ammoniak – einem zentralen Grundstoff zur Herstellung von Düngemitteln. Durch die breite Umstellung des gesamten Energiesystems und dem damit verbundenen Nachfrageanstieg wird erneuerbare Elektrizität auch längerfristig eine limitierte Ressource sein. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit zur Anwendung möglichst hocheffizienter Prozesse. Gleichzeitig sollen bei der Umstellung auf ein erneuerbares Energiesystem auch die Kosten minimiert werden. Vor einer technischen Umsetzung sollten daher die effizientesten und wirtschaftlichsten Verfahrenswege zur Umsetzung von Power-to-X-Prozessen identifiziert werden. Hierfür werden am Fraunhofer IKTS verschiedene Tools zur energetischen und ökonomischen Bewertung herangezogen. Mithilfe von Prozesssimulationen und experimentellen Daten aus Demonstrationsanlagen erfolgt eine technische Bewertung unterschiedlicher Prozessrouten. Neben der technischen Reife und Machbarkeit liegt ein besonderes Augenmerk auf der Effizienz.
 

Permanentüberwachung von Pipelines

Korrosion, Ablagerungen, Biofilme, Fouling oder andere Fremdstoffe beeinträchtigen die Integrität von Rohrleitungen bis hin zu deren Zerstörung. Insbesondere sehr lange Rohrleitungsnetzwerke sind wartungsintensiv. Mit dem CoMoRanger® bietet das Fraunhofer IKTS ein Überwachungssystem für korrosionsanfällige Komponenten mit erschwerter Zugänglichkeit.

Das System detektiert Fehlstellen und bestimmt kontinuierlich die Restwandstärke bei flächenhaft auftretender Korrosion an überirdisch, unterirdisch oder auch vertikal verlegten Rohrleitungen. Dafür werden Sensoren mittels Stahlbands an ein Überwachungsobjekt angepasst und verbleiben dort dauerhaft.

Das System sendet niederfrequente Ultraschallwellen, so genannte geführte Wellen (guided waves), in die Rohrleitungen. Dies breiten sich dort nahezu ungedämpft aus, so dass auch weitläufige Strukturen von einem Standort aus untersucht werden können. Damit reduziert sich der Prüfaufwand zum einen hinsichtlich Messzeit und zum anderen hinsichtlich der Anforderungen an die Zugänglichkeit. CoMoRanger® zeichnet sich durch eine einfache Installation aus und reduziert der Aufwand für wiederkehrende Routineüberprüfungen sowie prädiktive Instandhaltungsmaßnahmen. Wird kein Defekt nachgewiesen, werden unnötige Erdausgrabungsarbeiten, Beschichtungsentfernungen oder Gerüstinstallationen vermieden. Das führt zur Senkung von Betriebskosten.
 

Dezentrale Herstellung von reinem Sauerstoff durch keramische Membrane

Das Fraunhofer IKTS gehört zu den führenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Stofftrennung mit keramischen Materialien. Bei der O2-Abtrennung aus Luft mit mischleitenden Keramikmembranen ist das IKTS der einzige Anbieter von kommerziell nutzbaren Membranmodulen und Pilotanlagen mit technisch relevanten Durchsätzen. Dabei sind das Gerätekonzept und die patentierte Verfahrensführung auf minimale Betriebskosten und eine lange Lebensdauer ausgerichtet. Die Keramikmembranen basieren auf gut verfügbaren Rohstoffen.

Durch den Einsatz dünnwandiger Membranen wurden die erforderlichen Materialmengen bereits minimiert und der Sauerstoffdurchsatz gesteigert. Als Herstellungsverfahren wird das Strangpressen eingesetzt, das für große Stückzahlen ein hohes Potenzial zur weiteren Kostensenkung besitzt. Bei der Herstellung anfallendes Restmaterial wird vollständig recycelt. Die eingesetzten Membranen tolerieren hohe Heiz- und Kühlraten bzw. thermische Spannungen, sodass Membrananlagen mit kurzen Anfahrzeiten realisiert werden können. Bei Bedarf sind außerdem ein Stand-by-Betrieb sowie eine Variation des Sauerstoffdurchsatzes von ca. 10 bis 200 % gegenüber dem Normalbetrieb möglich.

Während bei etablierten Verfahren die gesamte Energie als Elektrizität benötigt wird, können MIEC-Membranen durch Verbrennung von Gas oder mittels Abwärme von Hochtemperaturprozessen beheizt werden. Der Strombedarf liegt dann nur noch bei 40 % einer großindustriellen Luftzerlegungsanlage. Darüber hinaus ergeben sich weitere erhebliche Betriebskosteneinsparungen, da der Gaspreis häufig nur ein Viertel des Strompreises beträgt. Ein weiterer Vorteil liegt in der Reduzierung der CO2-Emissionen. Bei der konventionellen Stromproduktion wird pro kWh deutlich mehr CO2 erzeugt als bei der Verbrennung von Gas.

Flyer: Dezentrale Sauerstoffproduktion (DE)