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Technologien

Welche Technologien helfen uns bei der Transformation?

Process4Sustainability klimaneutrale Prozessindustrie in Hessen

Heute werden in der Industrie große Mengen fossiler Ressourcen wie Erdöl und Erdgas als Kohlenstoffquelle und damit als Grundlage unserer Energieversorgung genutzt. Energie aus Wasserstoff, eine Elektrifizierung der Industrie zur Verwendung von erneuerbarer Elektrizität sowie die Nutzung von Biomasse, Reststoffen und anfallendem CO₂ aus anderen Industrieprozessen können eine sinnvolle Alternative darstellen. Die Prozessindustrie ist sich einig, dass ein erster Schritt zur Klimaneutralität die Defossilisierung der Energie- und Rohstoffversorgung darstellt.

1. Defossilierung der Energieversorgung

Elektrifizierung

Elektrifizierung ist eine der Bausteine der Energiewende und kann helfen, schnell Treibhausgase einzusparen.

Dabei bedeutet Elektrifizierung zunächst einmal nur die Umstellung von einer anderen, meist fossilen Energiequelle, auf Strombetrieb. Für den Klimaschutz ist eine solche Umstellung dann sinnvoll, wenn sie durch überwiegend grünen Strom erfolgt.

Um den Treibhausgasausstoß der Industrie zu verringern, müssen daher auch Prozesse, die derzeit noch mit Kohle, Erdöl oder Erdgas betrieben werden, durch grünen Strom ersetzt werden, den erneuerbare Energieträger liefern.

Wasserstoff

Wasserstoff wird heute hauptsächlich mittels Dampfreformierung aus Erdgas gewonnen. Dabei wird viel CO₂ freigesetzt, was ihn nicht so umweltfreundlich macht, wie gemeinhin gedacht.

Alternativ kann Wasserstoff auch mit Strom im Elektrolyseverfahren erzeugt werden. Dabei wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Verwendet man dabei ausschließlich Strom aus regenerativen Quellen, gilt der Wasserstoff als CO₂-frei.

Am Industriepark Höchst ist Wasserstoff als Nebenprodukt der Produktionsprozesse vorhanden. An Wasserstofftankstellen wird bereits seit mehreren Jahren die industrieparkeigene Wasserstoffbusflotte betankt sowie ab Ende 2022 auch 27 Brennstoffzellenzüge im Rhein-Main-Gebiet.

Wärmeintegration

Industrielle Wärmeintegration ist ein technisches Konzept zur Reduktion der Wärme- und Kältenachfrage von Industrieanlagen. Die Wärmeintegration wird auch Prozessintegration genannt.

Der Grundgedanke der Wärmeintegration besteht darin, abzukühlende Prozesse mit aufzuheizenden Prozessen zu vernetzen. Diese Vernetzung erfolgt durch den Einsatz von Wärmetauschern. Dabei wird die Wärme der abzukühlenden Prozesse zur Versorgung der aufzuheizenden Prozesse genutzt.

Im Resultat wird dadurch der extern zuzuführende Energiebedarf minimiert.

2. Defossilisierung der Rohstoffversorgung

Recycling

Es gibt drei Arten von Recycling: mechanisches Recycling als größte Säule, dann lösemittelbasiertes Recycling und als drittes das chemische Recycling, bei dem man unter anderem Polymere aufbricht und am Ende ein rohölähnliches Zwischenprodukt erhält.

Unser Partner ARCUS Greencycling Technologies GmbH ist führend bei der Bereitstellung einer chemischen Recyclinglösung für derzeit nicht recycelbare gemischte Kunststoffabfallströme mit geringer vorheriger Sortierung oder Reinigung der gemischten Kunststoffabfälle.

ARCUS Greencycling wird ab 2022 eine Pilotanlage im industriellen Maßstab im Industriepark Frankfurt-Höchst bauen lassen.

Alternative Rohstoffe

In der Industrie wird händeringend nach alternativen Rohstoffen gesucht, die langfristig unsere Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und Vorprodukten reduzieren können.

Als besonders vielversprechend werden dabei von der chemischen Industrie

  1. nachwachsende Rohstoffe,
  2. das Treibhausgas CO₂ als neuer Rohstoff sowie
  3. recycelte Kunststoffe angesehen.

Biogene Abfälle aus biochemischen Prozessen, Klärschlämme, Lebensmittel und Rückstände der Pharmaindustrie werden am Industriepark Höchst bereits seit mehreren Jahren für die Energievesorgung genutzt.

Im ersten Schritt wird die vorhandene Organik in der Co-Fermentations-Anlage am Standort abgebaut. Der verbleibende Schlamm wird gepresst und anschließend in der Klärschlammverbrennungsanlage thermisch genutzt, d. h. zur Wärmerückgewinnung verbrannt.

Die anfallenden Prozesswasser werden in der Abwasserreinigungsanlage gereinigt.

Das bei der Vergärung entstehende Biogas wird zur Erzeugung von Strom, Dampf und Bioerdgas verwendet.

3. Nutzung der Chancen der Kombination von 1 und 2

Power-to-X

Unter Power-to-X versteht man alle Verfahren, die Ökostrom in chemische Energieträger zur Stromspeicherung, in strombasierte Kraftstoffe zur Mobilität oder Rohstoffe für die Chemieindustrie umwandeln.

Auf klimafreundliche Art lässt sich mit Power-to-X beispielsweise Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge herstellen, aber auch Kerosin für Flugzeuge. Power bezeichnet die über dem Bedarf liegenden zeitweisen Stromüberschüsse und X steht für die Energieform oder den Verwendungszweck im Produkt.

Unser Cluster-Partner INERATEC GmbH hat einen Power-to-Liquid-Prozess entwickelt, bei dem überschüssiger Strom effizient gespeichert werden kann sowie CO₂-neutraler Kraftstoff für die Mobilität erzeugt wird.

Eine Demonstrationsanlage am Industriepark Höchst wird mit einer Kapazität von bis zu 4,6 Millionen Litern e-Fuels, die jährlich aus bis zu 10.000 Tonnen CO₂ produziert werden können, die größte kommerzielle Anlage dieser Art weltweit sein. E-Fuels und e-Chemicals werden dabei sowohl aus CO₂ als auch aus grünem Wasserstoff produziert.

Mobilität

Unsere Mobilität wird zunehmend elektrifiziert, aber auch Wasserstoff stellt eine gute Alternative zu den fossilen Brennstoffen dar.

Die Busse im Industriepark Höchst werden bereits mit Wasserstoff aus den Industrieprozessen betankt.

Ab Ende 2022 sollen 27 Passagierzüge im gesamten Rhein-Main-Gebiet ebenfalls über die Wasserstofftankstellen am Industriepark betankt werden.

Auch eine Kombination aus Elektrifizierung und Wasserstoff ist denkbar - hybride Mobilitätslösungen werden immer mehr nachgefragt, da sie Vorteile beider Technologien vereinen und Nachteile (bspw. geringe Reichweiten, lange Ladezeiten) ausgleichen können.

Interesse an einer Zusammenarbeit?

Ihre Ansprechpartner

Prof. Dr. Hannes Utikal

Leiter Zentrum für Industrie und Nachhaltigkeit (ZIN), Provadis Hochschule