CO2-neutrale Kohlenstoffverwertung

Dieser Schwerpunkt wird von Prof. Dr.-Ing. Bernd Meyer (Fh-IMWS und BA Freiberg) als Schwerpunktsprecher vertreten und wissenschaftlich betreut.

Die kohlendioxidneutrale Kohlenstoffverwertung ist eine Strategie zur ursächlichen Reduzierung  der Kohlendioxidemissionen in der chemischen Industrie und eröffnet den Weg zur Herstellung von Synthesegas, Pyrolyseölen, gasförmigen Kohlenwasserstoffen und synthetischer Kraftstoffe mit verbes­serter Kohlendioxidbilanz.

Die Hauptthemen

4.1: Kombinierte Technologie zur Vergasung von Braunkohle, Kunststoffabfällen und Biomasse,

4.2: Die optimierte Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse,

4.3: Das stoffliche Kunststoffrecycling und

4.4: Die Anwendung des „grünen“ Wasserstoffs zur Hydrierung von CO₂ und CO zwecks Herstellung von Methanol, Kohlenwasserstoffen und Folgeprodukten (Reallabor)

4.5:  Erneuerbare Kohlenstoffquellen und nachhaltige Biotechnologie

stehen im Fokus des Schwerpunktes S4.

Die für Mitteldeutschland strukturpolitisch relevante Verwertung von Braunkohle kombiniert mit der von Biomasse und Kunststoffabfällen weist über die von Meyer et al. (Lee, R.P., Wolfersdorf, C., Keller, F., Meyer, B. Towards a closed carbon cycles and achieving a circular economy for carbo­neous resources. Oil, Gas European Magazine 2(2017)76 – 80.) etablierten Vergasungsverfahren und die integrierte Hydrierung der entstehenden Kohlenoxide durch mit Windstrom oder Strom aus anderen erneuerbaren Energiequellen elektrolytisch gewonnenem Wasserstoff den Weg zu einer nachhaltigen Nutzung der genannten Kohlenstoffquellen und führt langfristig zu einer kohlendioxidneutralen und ökonomischen Kreislaufwirtschaft. Dazu wird bei der InfraLeuna ein Reallabor (Projekt »GreemHydroChem«) aufgebaut, das die stoffliche Verwer­tung von Braunkohle mit der Hydrierung durch elektrolytisch herge­stellten Wasserstoff und der dazu notwendigen Gewinnung von Gleichstrom aus erneuerbaren Energiequellen verbindet (Sektorkopplung).

Der Aufbau und die Testung des Reallabors wird über konkrete Forschungs- und Entwicklungsprojekte zur technischen Wasser­elektrolyse (Nachwuchs­gruppe »Polymel«), zur Kohlenstoffkreislaufwirtschaft, zur Konversion von Braunkohle in Synthesegas sowie Pyrolyseöle und Kohlenwasserstoffe (Fischer – Tropsch) und zur Hydrierung von CO und CO₂ jeweils im technischen Maßstab begleitet und im industriellen Maßstab getestet. Um eine effiziente Kohlenstoff-Kreislauf-Wirtschaft zu etablieren, wird die Vergasungs- und Pyrolysetech­nologie auf die rohstoffliche Verwertung von Abfallkunststoffen und Biomasse als erneuerbare Kohlenstoffquelle ausgedehnt.

Strategische Zukunftsthemen sollten die stoffliche Verwertung von Polymerkompositen (CFK, GFK, Nanokom­posite), Elastomeren und Polymerhybridmaterialien sein, woraus sich ein direkter Anknüp­fungspunkt zum Schwerpunkt S1 ergibt. Das Thema »Design von recyclingfähigen Werkstoffen und Produkten« leitet sich unmittelbar ab. Es gilt die vom Institut für Energieverfahrens­technik und Chemieingenieurwesen der TU Bergakademie Freiberg und dem Geschäftsfeld 5 des FhG-IMWS ver­fah­renstechnisch entwickelte CO₂-neutrale Kohlenstoffkreislaufwirtschaft mit der großtech­nischen, elektrochemischen Erzeugung von Wasserstoff und dessen Einsatz zur Hydrierung von CO und CO₂ zu kombinieren. Durch die Einbeziehung des Recyclings von Kunststoffabfällen und von Biomasse  werden der Kohlenstoffkreislauf immer vollständiger geschlossen und erneuerbare Rohstoffe, wie Holz, Stroh u.Ä. eingekoppelt.

Entscheidende Folgeprozesse dürften die Konversion des bei der Hydrierung von CO und CO₂ bevorzugt hergestellten Methanols in Olefine (MTO), in Aromaten,  und zukünftig die Synthese von Olefinoxiden und Olefin­carbonaten sein.

Das Schema 1 zeigt die bereits jetzt bestehende Kopplung und Kooperation zwischen den Schwer­punkten S1 bis S4. Derzeit schließt sich die Kohlenstoffkreislaufwirtschaft über das stofflich aus­gerichtete Recycling durch die Technologie der gekoppelten Vergasung von Kunststoffabfällen , Braunkohle und demnächst von Biomasse und über die zukünftige Hydrierung von Synthe­segas mit grünem Wasserstoff zur Herstellung von Methanol und Folgeprodukten (C1 bis C6 Chemie) bis zu Olefinen u.a. Monomeren zur Herstellung polymerer Materialien. Der Spezial – und Feinchemie, ver­treten durch eine Vielzahl mittelständischer Firmen, kommt eine zukünftige Brückenfunktion zwischen den Schwerpunkten S2 und S4, sowie zum Schwerpunkt S1 zu.