Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Neue Rohstoff- und Energieressourcen für eine grüne Industrie
Forschung aktuell
Die Kohlenstoff-Kreislauf-
Technologien ergänzen die
Elektrolyse-, Wasserstoff- und Power-to-X-Technologien und
erschließen nachhaltige
Kohlenstoffquellen für die
Kreislaufwirtschaft.
Mit der komprehensiven Gaschromatographie-
Massenspektrometrie
werden komplexe
Gemische organischer Verbindungen,
wie z. B. synthetische
Kraftstoffe oder Pyrolyseöle
aus Kunststoffen, analysiert.
Das Upscaling der Pyrolyseprozesse
erfolgt mit einem
Pyrolysedrehrohr. Die flüssigen
Produkte mit den werthaltigen
chemischen Verbindungen
werden in einer Kondensationsanlage
gewonnen.
Kohlenstoff ist ein zentraler Grundstoff unzähliger Produkte unseres täglichen Lebens. Bislang nutzt die Industrie dafür weitestgehend fossile Rohstoffquellen wie Erdöl, Erdgas oder Kohle. Hierbei werden sowohl während der Produktion dieser Grundstoffe als auch am Produktlebensende bei der Verbrennung große Mengen an CO2 frei. Allein Deutschland verbrennt jährlich rund 47 Mio. Tonnen dieser kohlenstoffhaltigen Abfälle in thermischen Abfallbehandlungs- und Feuerungsanlagen. Durch exakt aufeinander abgestimmte Verfahrenskombinationen des chemischen Recyclings will das Fraunhofer IKTS mit seiner neuen Arbeitsgruppe »Kohlenstoff- Kreislauf-Technologien« zukünftig bis zu 100 % dieser Abfälle recyclen und für neue Produkte nutzbar machen. Somit wird Abfall zu einer wertvollen Rohstoffquelle beispielsweise für Grundstoffe in der chemischen Industrie.
Großtechnische Erprobung von chemischen Recyclingverfahren
Am neuen IKTS-Standort in Freiberg werden chemische Recyclingverfahren wie die Pyrolyse oder Gasifizierung optimiert und im großtechnischen Maßstab erprobt. Kunststoffe, die mechanisch nicht weiter recyclebar sind, Biomassen oder fossile Mischabfälle werden dabei in kleinere Moleküle zerlegt, so dass sie als Synthesegase, Monomere oder andere Zwischenprodukte in der chemischen Industrie wieder einsetzbar sind. Hierfür betreibt das IKTS eine Pyrolyseplattform sowie – in Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg – Anlagen zur Gasifizierung, um verschiedene Fragestellungen zu untersuchen: Welche Abfallfraktionen lassen sich in welche Art Grundstoffe überführen? Wie müssen die Prozesse gefahren werden, um Korrosion oder Anbackungen zu vermeiden oder eine bestimmte Reinheit der Produkte zu erreichen? Nicht weniger wichtig ist die Frage der Wirtschaftlichkeit. So lassen sich für Industriepartner verschiedene Technologien anpassen, bewerten und in kundespezifische Lösungen für die Schließung von Kohlenstoffkreis-läufen übertragen.
Kombination von Kohlenstoff-Recycling und Power-to-X-Technologien
Diese Kompetenzen sollen in Zukunft erweitert werden. Dabei muss regenerativ erzeugter Strom die Basis aller Stoffwandlung bilden, der z. B. für die Herstellung grünen Wasserstoffs einbezogen wird. Werden die benannten Recyclingprozesse mit elektrochemischen Konversionsprozessen wie der Hochtemperatur-Elektrolyse, oder Syntheseprozessen wie der Fischer-Tropsch-Synthese kombiniert, können einerseits höherwertige Produkte wie synthetisches Kerosin hergestellt und andererseits hohe Wirkungsgrade erzielt werden.
Gesamtheitliche Betrachtung von Stoff-, Energie- und Wärmeströmen
Erst die Kopplung von Stoff-, Energie- und Wärmeströmen in Summe führt zu Verfahrenskonzepten, die einen deutlichen Mehrwert gegenüber bisherigen Ansätzen bieten. Das Fraunhofer IKTS hat langjährige Erfahrung mit Technologien zur Wasserstofferzeugung und -nutzung. Hier sind die Hochtemperatur-Elektrolyse und Fischer-Tropsch-Synthese entscheidende Schlüsseltechnologien. Mit der erweiterten Expertise im Bereich der Kohlenstoff-Kreislauf-Technologien sind wir nun in der Lage, neue Rohstoff- und Energieressourcen für eine grüne Industrie bereitzustellen.
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