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Technisch-ökonomische Analyse

Die Gruppe Techno-ökonomische Analyse (TÖA) untersucht die Herstellung und Nutzung von alternativen Kraftstoffen, Brennstoffen und (Grund-)Chemikalien in Kooperation mit vielfältigen Partnern aus Industrie und Forschung. Das Fachgebiet untersucht und optimiert seit 2013 unterschiedlichste Herstellungsverfahren mit ihrem Know-How in chemischer Prozesstechnik. Dies beinhaltet im Einzelnen

• Detaillierte Prozesssimulation in Aspen Plus, verfahrenstechnische Prozessanalyse zur Quantifizierung und ggf. Steigerung des Wirkungsgrades, Auswertung kleintechnischer Versuche, Wärmeintegration mittels Pinchanalyse, stoffliche und energetische Einbettung in greenfield und brownfield Umgebungen sowie die Anpassung an variierende lokale Rahmenbedingungen.
• Techno-ökonomische Prozessanalyse und -optimierung mittels einer standardisierten Methodik zur Abschätzung der Herstellungskosten großtechnischer verfahrenstechnischer Anlagen, zum Teil auch aus kleintechnischen Versuchen abgeleitet und hochskaliert.
• Ein selbstentwickeltes Softwarewerkzeug TEPET (Techno-Economic Process Evaluation Tool) ermöglicht die automatisierte Berechnung der Herstellungskosten und wird im Zuge vielfältiger Anwendungen lfd. weiterentwickelt. Grundlage bildet eine offene, transparente Datenbank z.B. für Apparatekosten, Zuschlagsfaktoren zur Berechnung von Investitionskosten, Kosten für Roh- und Hilfsmaterialien, etc. Mit diesem Werkzeug kann u.a. der Einfluss sämtlicher Prozessparameter und Eingangsvariablen der Prozesssimulation auf großskalige Produktkosten abgebildet werden (lokale und globale Sensitivitätsanalysen) sowie Unsicherheitsanalysen erstellt werden. Hinweise für die Verbesserung einzelner Prozessstufen einer Verfahrenskette können möglichen Entwicklungspartnern zur Verfügung gestellt werden.
• Lebenszyklusanalyse (LCA): Techno-ökologische Prozessbewertung mit einer standardisierten Methodik zur Abschätzung möglicher Umweltwirkungen (z.B. Global Warming Potential, GWP) der Erzeugung alternativer Kraftstoffe. Analog zur techno-ökonomischen Prozessbewertung kann mit dem Softwarewerkzeug TEPET und einer automatisierten Kopplung zu Brightway2 der Einfluss sämtlicher Prozessparameter und Eingangsvariablen auf ökologische Einflussgrößen abgebildet werden. Als Basis dient die kommerzielle Datenbank Ecoinvent sowie eigene transparente Datenbanken mit Literatur- und/oder Projektdaten. Entwicklungspartnern können Hinweise für die Verbesserung einzelner Prozessstufen einer Verfahrenskette geliefert werden.

Der Schwerpunkt der Gruppe liegt in der umfassenden Nutzung der erworbenen Kenntnisse für die Entwicklung vielversprechender Optionen zur Bereitstellung chemischer Energieträger und erneuerbarer Kraftstoffe um energieintensive Industrieprozesse und sämtliche Transportsektoren u.a. die Luftfahrt oder Schifffahrt zu defossilisieren. Neben der reinen chemischen Synthese besteht in der Gruppe des Weiteren die Expertise den Bedarf an PV und Windkraftanlagen für PtX-Anlagen sowie den großskaligen Transport von Wasserstoff oder weiteren PtX Produkten zu evaluieren. Dazu wird ein umfangreiches Netzwerk aus Industrie und Forschung gepflegt und ständig weiter ausgebaut.

Herausforderungen bestehen in der Abbildung neuer, innovativer Verfahrensschritte (oftmals im Kleinstmaßstab), der Entwicklung neuer Verfahrenskonzepte, Verschaltungen sowie Verknüpfungen mit vor- und nachgelagerten Anlagen, der Erweiterung der Methodik hinsichtlich Genauigkeit, Umfang und Flexibilität, der Einbeziehung weiterer Kostenbestandteile (Erzeugung erneuerbarer Energie, Logistik, Distribution, …) bis zur Erarbeitung langfristiger Nachhaltigkeitsstrategien ganzer Sektoren.

Unsere bisherigen Arbeiten zur techno-ökonomischen und techno-ökologischen Prozessanalyse umfassen:

• Die Erzeugung nachhaltigen Lufttreibstoffes über die Fischer-Tropsch-Route, wahlweise mit Biomasse oder CO_­2, mit oder ohne Unterstützung elektrolytisch erzeugten Wasserstoffs (Link zu Paper)
• Detaillierte Abbildung der Biomassevergasung unterschiedlicher Einsatzstoffe und unterschiedlicher Vergasertypen
• Optimierung des BtL-Verfahrens hinsichtlich lokaler Randbedingungen und Abwärmenutzung (Sweet Spot Analyse)
• Prozessoptimierung des PtL-Verfahrens anhand einer umfassenden Parametervariation und Abschätzung der Unsicherheit der Kostenschätzung
• Erzeugung strombasierter Kraftstoffe wie Ammoniak, Dimethylcarbonat, Dimethylether, Methylformiat, Methan, Methanol, Oxymethylenether u.a.
• Auslegung großskaliger Wasserstofferzeugungsanlagen auf Basis von globalen PV- und Windstrompotentialen sowie den Schiffstransport aus entlegenen Weltregionen für den zukünftigen Import erneuerbarer Energie
• Analyse eines neuartigen BtL-Prozesses (Hydropyrolyse in Flüssigsalzschmelze) und dessen Kopplung mit einem bestehenden Industrieprozess (Zellstoffherstellung) zur Biomassebereitstellung