Die Energiewende und der mit ihr anfallende CO2-arme Strom bieten die Chance, eine stromgeführte Produktion aufzubauen. Zehn Fraunhofer-Institute entwickeln und optimieren Verfahren, die diesen Strom nutzen, um wichtige Basischemikalien herzustellen. Auf der Hannover Messe 2017 in Halle 2, Stand C22, präsentiert Fraunhofer "UMSICHT" das Fraunhofer-Leitprojekt "Strom als Rohstoff".
Der Edelstahlzylinder steckt in einem massiven Metallgestell, diverse Schläuche führen in ihn hinein. Mit einem Durchmesser von 20 cm wirkt er ziemlich wuchtig. Sein Innenvolumen jedoch ist überraschend klein – nicht größer als eine Getränkedose. Das hat einen Grund: Der Zylinder besitzt überaus dicke Stahlwände, die einem Druck von 150 bar trotzen können, 150-fachem Atmosphärendruck. Der Prototyp steht bei Fraunhofer "UMSICHT" in Oberhausen. Er soll aus CO2 und Wasser Alkohole wie Ethanol herstellen – wichtige Basischemikalien für die Industrie. Angetrieben wird der Prozess allerdings nicht durch fossil erzeugte Prozesswärme, sondern durch grünen, regenerativ gewonnenen Strom.
Chemikalien klimaschonend produzieren
Das Hochdruckverfahren ist Teil des Fraunhofer-Leitprojekts "Strom als Rohstoff". "Spricht man über die Energiewende, denkt man zunächst an die Elektromobilität", sagt Projektkoordinator Dr. Hartmut Pflaum. Doch ebenso wichtig sei es, den CO2-Ausstoß der Industrie zu verringern. Um etwa Chemikalien herzustellen, braucht es oft hohe Temperaturen. Entsprechend energieintensiv gerät die Produktion, einhergehend mit hohen CO2-Emissionen. In ihrem Leitprojekt arbeiten die Fraunhofer-Forscher an Verfahren, mit denen sich Chemikalien künftig klimaschonend produzieren lassen – und zwar mit grünem Strom.
Bereits heute werden rund 30 Prozent unseres Stroms regenerativ erzeugt. Allerdings schwankt die Produktion: Bei Sonnenschein und kräftigem Wind liefern Windräder und Solarzellen zum Teil mehr Strom, als akut im Netz benötigt wird. "Strombasierte Herstellungsverfahren können dazu beitragen, Angebots- und damit Preisfluktuationen im Stromnetz intelligent zu nutzen und fossil betriebene Verfahren langfristig teilweise zu ersetzen", erläutert Dr. Pflaum. Möglich macht das die Elektrochemie. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts "Strom als Rohstoff" widmen sich die Fachleute der Entwicklung zweier verschiedener Prozesse: Zum einen wollen sie Wasserstoffperoxid (H2O2) – ein Desinfektions- und Bleichmittel – einfach und zuverlässig mittels Strom herstellen. Zum anderen versuchen sie, aus Elektrizität und CO2 wertvolle Basischemikalien zu erzeugen – Ethen sowie verschiedene Alkohole.
Wasserstoffperoxid-Produktion On-Demand
Wasserstoffperoxid gilt als umweltfreundliches Bleichmittel, es wird im großen Stil für die Papierherstellung genutzt, um den Zellstoff zu bleichen. Bislang produziert die Industrie das Mittel mit dem Anthrachinon-Verfahren. Das jedoch benötigt nicht nur organische Lösungsmittel, sondern auch jede Menge Energie. Deshalb tüfteln die Fraunhofer-Forscher an einer Alternative, die mit Strom funktioniert. Das Prinzip: Ähnlich wie bei einer Batterie enthält der Reaktor einen Minus- und einen Plus-Pol. Legt man Strom an, bilden sich Protonen, die mit Sauerstoff reagieren können. Gelingt es, optimale Strom- und Spannungswerte einzustellen und den richtigen Katalysator einzusetzen, entsteht Wasserstoffperoxid. Die Herausforderung ist, Bedingungen zu schaffen, bei denen das Wasserstoffperoxid längere Zeit stabil in einer Lösung bleibt.
