Unsere Forschung
Technologie und Infrastruktur

Für die Transformation der Industrie in Richtung einer klimaneutralen Produktion werden neue Technologien benötigt, die teilweise noch entwickelt, demonstriert und hochskaliert werden müssen. Hiermit verbunden ist der Ausbau und die Erweiterung der vorhandenen Infrastrukturen. Schlüsselkomponente für die Transformation ist die Bereitstellung der erforderlichen erneuerbaren Energien in Form von beispielsweise Strom und Wasserstoff. 

Ziel der Arbeiten im Themenfeld ist es, notwendige Transformationsschritte und Technologieoptionen aufzuzeigen und bezogen auf ihre Wirksamkeiten, Stärken und Schwächen sowie Chancen und Risiken vergleichend gegenüberzustellen. Zudem werden die Auswirkungen der zeitlichen Abläufe von Transformationsschritten in den Grundstoffindustrien auf das Gesamtsystem untersucht.

Wir untersuchen dabei das Spektrum der Transformationsschritte mit einem technischen Fokus.

Klimaneutraler Wasserstoff

Wasserstoff bildet sowohl energetisch als auch stofflich ein zentrales Element für die Transformation der industriellen Prozesse. Ein Beispiel ist die Transformation der Stahlindustrie, die durch den Einsatz von Wasserstoff ihren CO2-Fußabdruck wesentlich verbessern kann. Auch in anderen Industriesektoren sind mögliche technische Anwendungen von Wasserstoff identifiziert. Die Frage lautet daher: Welche Technologieoptionen zur Herstellung und Verwendung von Wasserstoff sind verfügbar und realisierbar?

Systemische Rolle grüner Gase

Die Industrietransformation benötigt klimafreundlichen Wasserstoff. Wie kann dieser bereitgestellt und transportiert werden, und welche Rolle können verschiedene Optionen in einem effizienten Gesamtsystem spielen? Kann grüner Ammoniak helfen, absehbare Knappheiten abzumildern? Ist es sinnvoll, synthetisches Methan als Träger für Wasserstoff zu nutzen und dabei CO2 im Kreislauf zu führen? Zudem arbeiten wir zu Wasserstoff-Importpotenzialen aus den Nachbarländern bis 2030.

Infrastruktur für die Transformation

Die Transformation der Grundstoffindustrie erfordert eine neue bzw. erweiterte Infrastruktur zum Energie- und Stofftransport. Erneuerbare Energie muss den Prozessen zugeführt werden, unvermeidbares CO2 muss gefasst und abtransportiert werden. Wie sehen die langfristig benötigten Infrastrukturen für u. a. Strom, Wasserstoff und CO2 für eine THG-neutrale Grundstoffindustrie aus? Wie lässt sich der Aufbau der benötigten Infrastruktur technisch bis 2030 bzw. 2045 umsetzen? Welche regulatorischen Anforderungen bestehen und wie sind sie zu erfüllen?

Wertschöpfungsketten im Wandel

Mit der Transformation ändern sich auch bestehende Wertschöpfungsketten der Grundstoffindustrie. Gerade in der chemischen Industrie besteht eine enge Vernetzung zwischen den unterschiedlichen Produktionsebenen. Ein Beispiel ist die Chlorchemie, die Ausgangspunkt für eine Reihe von Folgeprodukten ist. Ergebnis der Betrachtung ist eine Folgeabschätzung der Transformation sowie eine Darstellung von Änderungen, die sich entlang der Wertschöpfungsketten ergeben müssen.

Stoffstrommanagement

Auch zukünftig wird die Grundstoffindustrie nicht in allen Bereichen auf Kohlenstoff verzichten können. Um auf fossilen Kohlenstoff im System verzichten zu können, sind zirkuläre Prozesse zu etablieren. Neben- und Reststoffe der neuen Prozesse sind neu zu betrachten. Wir arbeiten an der Definition eines einheitlichen Bewertungsrahmens sowie der vergleichenden Bewertung u. a. von CCX-Technologien zur Nutzung und Speicherung von CO2.

Biogene Stoffe als Baustein

Biogene Stoffe können dabei helfen, Kohlenstoffkreisläufe zu schließen. In jedem Fall ist eine stoffliche Nutzung von Biomasse zu bevorzugen. Welche Einsatzbereiche, z.B. in der Stahlindustrie, und welche Technologien für Biomasse sind bei der industriellen Transformation denkbar? Wie kann der Einsatz erfolgen und wie ist er zu priorisieren?

Einsatzoptionen von Biomasse in der Stahlindustrie

Auch nach der Transformation der Eisen- und Stahlerzeugung muss Kohlenstoff weiterhin zur stofflichen Nutzung eingesetzt werden, zum Beispiel als Legierungselement im Stahl. Diese verbleibenden Kohlenstoffströme werden identifiziert und auf Basis des IST-Zustands quantifiziert. Das Austauschverhältnis der identifizierten Kohlenstoffströme durch Produkte aus Biomasse wird abgeschätzt und so die mögliche Bio-Kohlenstoff-Einsatzmenge bestimmt. Auf Basis des Biomasse-Einsatzes werden darüber hinaus technische Optionen zur Kohlenstoffkreislaufschließung identifiziert und bewertet, ebenso wie die möglichen Einsatz- und Aufbereitungsformen für Biomasse.

Aktuelles

Bericht
9 Eckpunkte zur Beschleunigung von Genehmigungsverfahren in der energieintensiven Grundstoffindustrie
Bericht
Nationaler Planungsprozess für eine CO2-Transportinfrastruktur

Ansprechpersonen

Dr. rer. nat. Johannes Ruppert
Verein Deutscher Zementwerke e.V. (VDZ) / Umwelt und Betriebstechnik
0211 4578-275
johannes.ruppert@vdz-online.de
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Frank Merten
Wuppertal Institut / Co-Leiter des Forschungsbereichs Systeme und Infrastrukturen
0202 2492-126
frank.merten@wupperinst.org
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Dr.-Ing. Christoph Glasner
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
0208 8598-1133
christoph.glasner@umsicht.fraunhofer.de
Torsten Müller
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT / Gruppenleiter Modellierung und Simulation
0208 8598-1284
torsten.mueller@umsicht.fraunhofer.de
Gerald Stubbe
VDEh-Betriebsforschungsinstitut / Projektleiter, Stellv. Abteilungsleiter
0211 98492-969
gerald.stubbe@bfi.de
Kontakt
Dr. Anna Leipprand 0202 2492-324
anna.leipprand@wupperinst.org
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