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23.11.2011

Reaktor unter "Vollgas" verbessert Ökobilanz - Neue Methode zur Treibhausgasreduktion


Sauerstoffbläschen sprudeln scheinbar ziellos durch das Wasser. Ganz anders geht es im benachbarten Reaktor zu. Dort wird der Sauerstoff unter erheblichem Druck gezielt durch eine schmale Düse in die Flüssigkeit gepumpt, was dazu führt, dass sich in dieser Strömung die beiden unterschiedlichen Elemente erstens schneller und zweitens intensiver mischen. Genau dieser Effekt ist gewünscht und modellartig auf großtechnische Anlagen übertragbar das Ziel eines Forschungsprojektes an der TU Hamburg zur Reduzierung von Treibhausgasen in der Chemieindustrie.

Bis 2020 soll in dieser Branche, die zu den ressourcenintensivsten zählt, einerseits die Energieproduktivität verdoppelt und andererseits der CO2-Ausstoß um 40 Prozent gesenkt werden. Es geht um die Frage, wie man mit weniger Emissionen mehr Ertrag erhält. Feststeht: Allein durch die Optimierung der etablierten Produktionsverfahren in der chemischen Industrie, besonders in der Massenproduktion (Bulkchemikalien), steckt erhebliches Potenzial: So ließe sich allein auf der Basis eines einzigen großtechnisch genutzten Prozesses die CO2-Emission um etwa 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr reduzieren. Diese Zahl ist steigerungsfähig: Denn die Forschungsergebnisse ließen sich auch auf andere chemische Prozesse in großtechnischen Anlagen übertragen, das bedeutet, die Einsparung von 1,2 Millionen Tonnen kann entsprechend multipliziert werden.

An der TU Hamburg entwickelt ein Forscherteam um die Professoren Michael Schlüter und Andreas Liese Messmethoden und Rechenmodelle zur Minimierung des CO2-Gehalts in der chemischen Produktion im Rahmen eines vom Bundesforschungsministerium mit 5,4 Millionen Euro für drei Jahre geförderten Forschungsverbundes. Forschungspartner in diesem Verbundvorhaben "Erhöhung der Energieeffizienz und Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen durch Multiskalen-Modellierung von Mehrphasenreaktoren- MultiPhase" sind das Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf, die Ruhr-Universität Bochum, das Karlsruher Institut für Technologie und das Center of Smart Interfaces (CSI) der TU Darmstadt. Seitens der Industrie sind unter Koordination eines führen Unternehmen der Chemieindustrie vier Unternehmen an diesem Konsortium beteiligt: die Bruker Optik GmbH sowie die Eurotechnica GmbH, die Intelligent Laser Applications GmbH und die PreSens - Precision Sensing GmbH.

Wichtigstes Instrument der Hamburger Ingenieurwissenschaftler sind so genannte Blasensäulenreaktoren. In der Industrie sind diese Apparate bis zu 20 Meter hoch, und statt Sauerstoff und Wasser - wie im TUHH-Labor - sprudeln darin chemische Substanzen in entsprechend großen Mengen unter hohen Drücken und Temperaturen. Diese Blasensäulenreaktoren - die kleinste und simpelste Form ist der in Haushalten verbreitete Trinkwassersprudler - dienen der Herstellung großer Tonnagen chemischer Zwischen- und Endprodukte, zum Beispiel in Hydroformylierungsreaktionen, bei Oxidationen und Hydrierungen. Stets geht es dabei um den Prozess der Verbindung gasförmiger mit flüssigen Stoffen. Ziel der TUHH-Forscher ist die Optimierung chemischer Prozesse in Blasensäulenreaktoren durch die Entwicklung verlässlicher skalenübergreifender Rechenmodelle, Messtechniken und Messapparate.

"Außer unseren grundlagenorientierten Kompetenzen nutzen wir auch die Expertise unserer Partner auf diesem Gebiet sowie das Know-how der Unternehmen in den Bereichen der Mess- und Apparatetechnik", sagt Schlüter, Leiter des Instituts für Mehrphasenströmungen. So werde bei einem führenden Unternehmen der Feinchemie die Übertragung von entwickelten Labordaten, Messtechniken und Modellen auf industrielle Maßstäbe und Stoffsysteme zur Produktion von Bulkchemikalien erfolgen und anhand einer Beispielreaktion im industriellen Größenmaßstab validiert werden. Die breite Nutzung der entwickelten Simulationswerkzeuge ist garantiert: eine öffentliche Web-Datenbank für Messdaten und Modelle ermöglicht die Umsetzung der Ergebnisse und deren Übertragbarkeit auf weitere chemische Prozesse.

Die durch Einsatz der Blasensäulenreaktoren erzeugten Produkte stehen am Anfang der Wertschöpfungskette. Es sind Grundstoffe, die in den unterschiedlichsten Branchen - vom Automobil-, Flugzeug- und Maschinenbau über erneuerbare Energien bis hin zu Kosmetika und Zusatzstoffen für Lebensmittel - weiter verarbeitet werden. Ein kleiner Teil der Grundstoffe geht direkt in Endprodukte. Dazu zählen zum Beispiel Polyester, Farben, Lacke, Weichmacher, Benzinzusätze, Lösungsmittel.

Quelle: idw/Technische Universität Hamburg-Harburg




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