Energie- und Verfahrenstechnik

Die Abteilung bearbeitet eine Vielfalt an Themen im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik sowie angrenzender Fachgebiete. Im Fokus stehen dabei Transformationsprozesse in der chemischen Industrie, Stahlindustrie, Kunststoffindustrie oder Energiewirtschaft mit Hinblick auf die Substitution von fossilen Energieträgern durch nachhaltige Rohstoff- und Energiequellen sowie der Schließung des Kohlenstoff-Kreislaufs.

So werden beispielsweise ausgehend von der Katalysator- und Reaktorentwicklung über die modellbasierte Auslegung bis hin zur technischen Demonstration alle wesentlichen Schritte bei der Entwicklung und Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse abgedeckt. Dabei greift das interdisziplinäre Team auf experimentelle Untersuchungen, verschiedene Werkzeuge zur Modellierung von Prozessen, Bauteilen und Strömungen sowie Anlagen im Pilotmaßstab zurück.

Einen Forschungsschwerpunkt bilden verschiedene Lösungsansätze basierend auf der Vermeidung (Cabon Direct Avoidance, CDA) sowie Nutzung und Speicherung (Carbon Capture and Utilization, CCU) von CO₂. Dazu zählen beispielsweise die Hochtemperatur-Elektrolyse zur Produktion von Wasserstoff oder die Fischer-Tropsch-Synthese zur Herstellung von höherwertigen Produkten.

Ein weiterer Fokus liegt auf chemischen Recyclingverfahren wie der Pyrolyse oder Gasifizierung. Damit lassen sich im großtechnischen Maßstab nicht recyclebare Kunststoffe, Biomassen oder fossile Mischabfälle in Zwischenprodukte überführen und wieder in der chemischen Industrie einsetzen. Zugleich wird die wirtschaftlich konkurrenzfähige Herstellung von Massenprodukten und hochpreisigen Spezialprodukten auf Basis einheimischer Kohlenstoffträger untersucht.

Die Abteilung betrachtet dabei auch die Verknüpfung von chemischen Recyclingprozessen mit elektrochemischen Konversionsprozessen wie der Hochtemperatur-Elektrolyse oder Syntheseprozessen wie der Fischer-Tropsch-Synthese. Damit können einerseits höherwertige Produkte wie synthetisches Kerosin hergestellt und andererseits hohe Wirkungsgrade erzielt werden. Erst die Kopplung von Stoff-, Energie- und Wärmeströmen in Summe führt zu Verfahrenskonzepten, die einen deutlichen Mehrwert gegenüber bisherigen Ansätzen bieten und neue Rohstoff- und Energieressourcen für eine grüne Industrie bereitstellen.

Leistungsangebot

• Experimentelle und theoretische Arbeiten zur Entwicklung und Bewertung von katalytischen und elektrochemischen Prozessen (z. B. Hochtemperatur-Elektrolyse, Fischer-Tropsch-Synthese, Haber-Bosch-Verfahren)
• Optimierung etablierter Prozesse und Reaktoren
• Simulationsbegleitung bei der Entwicklung, Auslegung und Optimierung von Bauteilen und Prozessen
• Neue und weiterentwickelte Verfahren für Pyrolyse und Gasifizierung, CO₂-tolerante und CO₂-basierte Synthesen, Restabfallvorbereitung, Förder- und Beschickungssysteme für Kohle und Restabfälle
• Integrierte Technologieentwicklung für den Einsatz heimischer Kohlenstoffträger
• Analytik von Kohlenstoffträgern und deren Konversionsprodukten
• Anlagen im Pilotmaßstab zum Test verschiedener Einsatzstoffe in unterschiedlichen Umwandlungskonzepten unter industrienahen Bedingungen
• Begleitende Forschungsarbeiten für modellbasierte (prädiktive) Auslegung, Steuerung und Regelung
• Entwicklung integrierter Prozessketten für den Kohlenstoffkreislauf
• Entwicklung und Test alternativer Materialsysteme in Bereichen hoher thermischer und chemischer Beanspruchung
• Wissenschaftliche Untersuchungen und Erstellung von Machbarkeitsstudien