Miniplant-Anlage

Detailausschnitt einer Miniplant-Anlage am Fraunhofer ISE zur Herstellung von Methanol und Dimethylether (DME) unter Verwendung von Kohlendioxid und Wasserstoff.

Thermochemische Prozesse

Im Thema Thermochemische Prozesse beschäftigen wir uns mit folgenden Arbeitsgebieten:

 

Power-to-Liquids

Nachhaltige Katalytische Materialien

Nachhaltigkeits­bewertung

Prozessentwicklung

Virtueller Rundgang durch die Labors für Thermochemische Prozesse

Das Fraunhofer ISE beschäftigt sich seit über 20 Jahren mit dem Forschungsgebiet »Thermochemische Prozesse«. Unser vorrangiges Ziel ist es dabei, die Energieeffizienz thermochemischer Prozesse zu erhöhen und gleichzeitig die Kohlendioxid- und Abgasemissionen so zu reduzieren, dass in Zukunft eine nahezu emissionsfreie Verbrennung möglich sein wird. Mit unseren innovativen Lösungen im Bereich der Verfahrenstechnik leisten wir einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg der globalen Energiewende:

  • CatVap® ist unsere einzigartige, leicht skalierbare Kraftstoffaufbeitungstechnologie sowohl für Diesel- als auch für Benzinmotoren: Aus Kraftstoff (Diesel, Benzin, synthetische Kraftstoffe) wird hocheffizient thermische Energie bereitgestellt, in das Abgassystem eingekoppelt und so die für die Abgasumwandlung erforderliche thermische Energie geliefert.
  • Wir arbeiten an der effizienteren, kostenoptimierten und nachhaltigen Produktion von Kraftstoffen, Chemikalien und Energieträgern wie Ammoniak, Methanol, Dimethylether (DME), Oxymethylenether (OME) und Flugtreibstoffen auf der Basis von H2/CO2/CO oder H2/N2-Ausgangsgemischen entsprechend den Bedürfnissen unserer Kunden in der Prozess- und der chemischen Industrie (Power to Liquids, PtL).
  • Wir bieten die Entwicklung, den Test sowie die Charakterisierung von maßgeschneiderten Katalysatoren an. Unsere Forschung und Entwicklung konzentriert sich auf die Synthese und Optimierung von nachhaltigen, auf Kohlenstoff- und Stickstoff basierenden Katalysatoren für Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktionen (Nitrogen-doped Carbon, NDCs). Unsere Hochtemperatur-Röntgenphotoelektronenspektroskopie nahe dem Umgebungsdruck (HT-NAP-XPS) ermöglicht es uns, die chemischen Zustände von Atomen und ihre Wechselwirkungen auf Oberflächen zu untersuchen, was der Schlüssel für die katalytische Aktivität ist.

Wirtschaftlichkeits- und Nachhaltigkeitsbewertung:

Durch eigene experimentelle Untersuchungen, Experteninterviews, Literaturrecherchen und intern validierte Simulationsmodelle bewerten wir für unsere Kunden die technologische Machbarkeit innovativer und energieeffizienter Prozesse, ergänzt durch Wirtschaftlichkeitsstudien und Lebenszyklusanalysen (LCA).

Individuelle Prüfstände:

Abgestimmt auf die individuellen Wünsche und Bedürfnisse unserer Kunden analysieren wir mithilfe unserer Miniplant-Anlagen die Leistungsfähigkeit von Katalysatoren. Wir konzipieren und betreiben Prüfstände, die bei Bedarf automatisiert werden, um die festen, flüssigen und gasförmigen Produkte mit modernster Analytik zu analysieren.

Simulationswerkzeuge:

Zur Optimierung von thermochemischen Prozessen setzen wir folgende Simulationsprogramme zur stationären und dynamischen Prozesssimulation für ganze Wertschöpfungsketten oder auch für einzelne Teilprozesse ein:

  • Aspen®
  • CHEMCAD®
  • Matlab/Simulink®

Darüber hinaus arbeiten wir mit Ansys® für Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulationen und Umberto® für Ökobilanzen (LCA) und Lebenszykluskostenrechnungen (LCC).

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

Attract: Flex-C-Cat II

Sustainable Carbon Supports for Hydrogenation Catalysis and their Characterization by Near Ambient Pressure X-ray Photoelectron Spectroscopy

 

NAMOSYN

Nachhaltige Mobilität durch synthetische Kraftstoffe

 

Flex-C-Cat

Nachhaltige Kohlenstoffträger für die aktuelle und zukünftige katalytische Hydrierung

 

HyCO2

Flüssiger Energieträger, Chemikalien und Kraftstoffe aus CO2 und H2

 

Katalytische Verdampfungsverfahren

Rückstandsfreie Verdampfung flüssiger Energieträger

Achim Schaadt

Contact Press / Media

Dr. Achim Schaadt

Thermochemische Prozesse

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5428

Max Julius Hadrich

Contact Press / Media

Max Julius Hadrich

Power-to-Liquids

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-2207

Ouda Salem

Contact Press / Media

Dr. Ouda Salem

Power-to-Liquids

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5335

Veröffentlichungen

 

YearTitle/AuthorDocument Type
2021Entwicklung eines neuartigen Power-to-Liquid-Verfahrens zur Herstellung von Dimethylether: Vortrag gehalten beim Jahrestreffen der ProcessNet-Fachgruppe Energieverfahrenstechnik, Online, Germany, 03.03.2021-04.03.2021
Semmel, M.
Presentation
2021Flexible Aufheizung und Konditionierung für die Abgasnachbehandlung der Zukunft
Szolak, R.; Danckert, B.; Rümmele, F.; Beutel, P.
Journal Article
2021LCA of a Battery Electric Vehicle using Renewable Electricity in the Entire Supply Chain
Sternberg, A.; Schaadt, A.
Book Article
2021A Novel Approach for Kinetic Measurements in Exothermic Fixed Bed Reactors: Advancements in Non-Isothermal Bed Conditions Demonstrated for Methanol Synthesis
Nestler, F.; Müller, V.P.; Ouda, M.; Hadrich, M.J.; Schaadt, A.; Bajohr, S.; Kolb, T.
Journal Article
2021Power-to-Methanol. Schlussbericht: Power-to-Methanol - "Grünes Methanol"
Hadrich, M.J.; Roth, A.; Apfelbacher, A.
Report
2021Synthetische Kraftstoffe - Ökonomie, Gesellschaft und Nachhaltigkeit
Matschoss, P.; Hauser, E.; Müller-Langer, F.; Schröder, J.; Brand, U.; Dietrich, R.-U.; Eggemann, L.; Peters, R.; Theiss, L.; Dittmeyer, R.; Rösch, C.; Haase, M.; Millinger, M.; Terrapon-Pfaff, J.; Fuchs, A.-L.; Schmidt, M.
Conference Paper
2021Upgrading the Organic Fraction of Municipal Solid Waste by Low Temperature Hydrothermal Processes
Sailer, G.; Knappe, V.; Poetsch, J.; Paczkowski, S.; Pelz, S.; Oechsner, H.; Bosilj, M.; Ouardi, S.; Müller, J.
Journal Article
2021Urbane Energiesysteme und Ressourceneffizienz - ENsource
Coors, Volker (Hrsg.) ; Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme -ISE-, Freiburg/Brsg.
Report
2020Combination of Refractometry and Densimetry - A Promising Option for Fast Raw Methanol Analysis
Martens, M.; Hadrich, M.J.; Nestler, F.; Ouda, M.; Schaadt, A.
Journal Article
2020Directing nitrogen-doped carbon support chemistry for improved aqueous phase hydrogenation catalysis
Bosilj, M.; Rustam, L.; Thomann, R.; Melke, J.; Fischer, A.; White, R.J.
Journal Article
2020Energy Efficiency and Economic Assessment of Imported Energy Carriers Based on Renewable Electricity
Hank, C.; Sternberg, A.; Köppel, N.; Holst, M.; Smolinka, T.; Schaadt, A.; Hebling, C.; Henning, H.-M.
Journal Article
2020Environmental Assessment of OME3-5 Synfuel Production via the Power-to-Liquid Pathway
Hank, C.; Lazara, L.; Mantei, F.K.; Ouda, M.; White, R.J.; Smolinka, T.; Schaadt, A.; Hebling, C.; Henning, H.-M.
Conference Paper
2020Facile Two‐Phase Catalysis: From Dimethoxymethane and Monomeric Formaldehyde towards Oxymethylene Ethers (OMEs)
Peter, A.; Stebens, G.; Baumgärtner, J.F.; Jacob, E.; Mantei, F.K.; Ouda, M.; Krossing, I.
Journal Article
2020Functionalising hydrothermal carbons for catalysis-investigating solid acids in esterification reactions
Bosilj, M.; Bozoglu, M.; Schmidt, J.; Aguiar, P.M.; Fischer, A.; White, R.J.
Journal Article
2020Kinetic modelling of methanol synthesis over commercial catalysts: A critical assessment
Nestler, Florian; Schütze, Arif Reiner; Salem, Mohamed Kamal Ouda; Hadrich, Max Julius; Schaadt, Achim; Bajohr, Siegfried; Kolb, Thomas
Journal Article
2020New Routes for Efficient and Sustainable Oxymethylene Ethers Synthesis
Salem, Mohamed Kamal Ouda; Klein, Harald (Referent); Kraume, Matthias (Referent); Schaadt, Achim (Betreuer); White, Robin (Betreuer)
Dissertation
2019Comparative well-to-wheel life cycle assessment of OME3-5 synfuel production via the power-to-liquid pathway
Hank, C.; Lazar, L.; Mantei, F.; Ouda, M.; White, R.J.; Smolinka, T.; Schaadt, A.; Hebling, C.; Henning, H.M.
Journal Article
2019Gas permeation properties of NaA zeolite membranes: Effect of silica source on hydrogel synthesis and layer thickness
Lee, S.M.; Lee, Y.H.; Grace, J.R.; Li, A.; Lim, C.J.; Fotovat, F.; Schaadt, A.; White, R.J.; Kim, S.S.
Journal Article
2019Hydrothermal base catalysed treatment of Kraft lignin - time dependent analysis and a techno-economic evaluation for carbon fibre applications
Otromke, M.; Shuttleworth, P.S.; Sauer, J.; White, R.J.
Journal Article
2019Hydrothermal base catalysed treatment of Kraft Lignin for the preparation of a sustainable carbon fibre precursor
Otromke, M.; Shuttleworth, P.S.; Sauer, J.; White, R.J.
Journal Article
2019One pot conversion of glucose to ethyl levulinate over a porous hydrothermal acid catalyst in green solvents
Bosilj, M.; Schmidt, J.; Fischer, A.; White, R.J.
Journal Article
2019Oxidative Fluorination of Cu/ZnO Methanol Catalysts
Dybbert, V.; Fehr, S.M.; Klein, F.; Schaadt, A.; Hoffmann, A.; Frei, E.; Erdem, E.; Ludwig, T.; Hillebrecht, H.; Krossing, I.
Journal Article
2019Solvent Applications of Short-Chain Oxymethylene Dimethyl Ether Oligomers
Zhenova, A.; Pellis, A.; Milescu, R.A.; McElroy, C.R.; White, R.J.; Clark, J.H.
Journal Article
2018Base Catalysed Hydrothermal Reformation of Kraft Lignin
Otromke, Malte; Sauer, Jörg (Referent); Laborie, Marie-Pierre (Referentin); Aicher, Thomas (Betreuer); Schaadt, Achim (Betreuer); White, Robin J. (Betreuer)
Dissertation
2018Bio-electrochemical conversion of industrial wastewater-COD combined with downstream methanol synthesis : An economic and life cycle assessment
Streeck, J.; Hank, C.; Neuner, M.; Gil-Carrera, L.; Kokko, M.; Pauliuk, S.; Schaadt, A.; Kerzenmacher, S.; White, R.J.
Journal Article
2018Describing oxymethylene ether synthesis based on the application of non-stoichiomsetric Gibbs minimisation
Ouda, M.; Mantei, F.K.; Elmehlawy, M.; White, R.J.; Klein, H.; Fateen, S.-E.K.
Journal Article
2018Ecological Assessment of Liquid Energy Carriers. Power-to-Methanol and Oxymethylene Ethers: Presentation held at ProcessNet-Jahrestagung 2018, Aachen, Germany, 10.09.2018-13.09.2018
Hank, C.; Lazar, L.; Schaadt, A.; White, R.
Presentation
2018Economics & carbon dioxide avoidance cost of methanol production based on renewable hydrogen and recycled carbon dioxide - power-to-methanol
Hank, C.; Gelpke, S.; Schnabl, A.; White, R.J.; Full, J.; Wiebe, N.; Smolinka, T.; Schaadt, A.; Henning, H.-M.; Hebling, C.
Journal Article
2018A hybrid description and evaluation of oxymethylene dimethyl ethers synthesis based on the endothermic dehydrogenation of methanol
Ouda, M.; Mantei, F.; Hesterwerth, K.; Bargiacchi, E.; Klein, H.; White, R.J.
Journal Article
2018Methanol synthesis - industrial challenges within a changing raw material landscape
Nestler, Florian; Krüger, Matthias; Full, Johannes; Hadrich, Max J.; White, Robin J.; Schaadt, Achim
Journal Article
2018Pathways to an Integrated Energy System: Presentation at International Workshop "Perspectives on Power-to-Liquids and Power-to-Chemicals", June 4, 2018 Freiburg/Germany
Henning, H.-M.
Presentation
2018Polyformamidine‐Derived Non‐Noble Metal Electrocatalysts for Efficient Oxygen Reduction Reaction
Pardo Pérez, L.C.; Sahraie, N.R.; Melke, J.; Elsässer, P.; Teschner, D.; Huang, X.; Kraehnert, R.; White, R.J.; Enthaler, S.; Strasser, P.; Fischer, A.
Journal Article
2018Structure, stability and permeation properties of NaA zeolite membranes for H2O/H2 and CH3OH/H2 separations
Moon Lee, S.; Xu, N.; Grace, J.R.; Li, A.; Lim, C.J.; Kim, S.S.; Fotovat, F.; Schaadt, A.; White, R.J.
Journal Article
2018Towards a Sustainable Synthesis of Oxymethylene Dimethyl Ether by Homogeneous Catalysis and Uptake of Molecular Formaldehyde
Peter, A.; Fehr, S.M.; Dybbert, V.; Himmel, D.; Lindner, I.; Jacob, E.; Ouda, M.; Schaadt, A.; White, R.J.; Scherer, H.; Krossing, I.
Journal Article
2017Highly correlated ab initio thermodynamics of oxymethylene dimethyl ethers (OME). Formation and extension to the liquid phase
Himmel, D.; White, R.J.; Jacob, E.; Krossing, I.
Journal Article
2017Methodical design and operation of membrane distillation plants for desalination
Hagedorn, A.; Fieg, G.; Winter, D.; Koschikowski, J.; Mann, T.
Journal Article
2017Palladium/ruthenium composite membrane for hydrogen separation from the off-gas of solar cell production via chemical vapor deposition
Sang Moon, L.; Xu, N.; Kim, S.S.; Li, A.; Grace, J.R.; Lim, C.J.; Boyd, T.; Ryi, S.-K.; Susdorf, A.; Schaadt, A.
Journal Article
2017Poly(oxymethylene) dimethyl ether synthesis: A combined chemical equilibrium investigation towards an increasingly efficient and potentially sustainable synthetic route
Ouda, M.; Yarce, G.; White, R.J.; Hadrich, M.; Himmel, D.; Schaadt, A.; Klein, H.; Jacob, E.; Krossing, I.
Journal Article
2017The power-to-methanol process chain - a life cycle assessment and CO2 avoidance cost analysis: Presentation held at 15th Interational Conference on Carbon Dioxide Utilization, ICCDU 2017, Shanghai, China, July, 17th-21st, 2017
Hank, C.; Hömberg, J.; White, R.; Schaadt, A.
Presentation
2017Synthesis and preliminary gas permeation studies of a tubular NaA zeolite membrane (NZM)
Xu, N.; Lee, S.M.; Kim, S.S.; Li, A.; Lim, C.J.; Fotovat, F.; Schaadt, A.; Grace, J.R.
Journal Article
2016Catalytic decomposition of biomass tars: The impact of wood char surface characteristics on the catalytic performance for naphthalene removal
Nestler, F.; Burhenne, L.; Amtenbrink, M.J.; Aicher, T.
Journal Article
2016Characteristic low frequency time constants derived from impedance spectra of fuel cell stacks: Presentation held at Modval 13, Lausanne, Switzerland, March 22nd, 2016
Keller, S.; Özel, T.; Scherzer, A.-C.; Gerteisen, D.; Groos, U.
Presentation
2016Comparability of developed test procedures at normal operating conditions for PEM fuel cell stacks and modules analyzed in Round-Robin-Tests: Presentation held at 21st World Hydrogen Energy Conference, WHEC 2016, Zaragoza, Spain, 13th to the 16th of June 2016
Jungmann, T.; Nürnberg, K.; Harms, C.
Presentation
2016An interesting class of porous polymer - revisiting the structure of mesoporous α-D-Polysaccharide gels
White, R.J.; Shuttleworth, P.S.; Budarin, V.L.; Bruyn, M. de; Fischer, A.; Clark, J.H.
Journal Article
2016Local platinum environments in a solid analogue of the molecular periana catalyst
Soorholtz, M.; Jones, L.C.; Samuelis, D.; Weidenthaler, C.; White, R.J.; Titirici, M.-M.; Cullen, D.A.; Zimmermann, T.; Antonietti, M.; Maier, J.; Palkovits, R.; Chmelka, B.F.; Schüth, F.
Journal Article
2016On-board fuel tailoring with a novel catalytic evaporator for HCCI combustion
Szolak, R.; Morales Wiemer, E.A.; Kraljevic, I.; Susdorf, A.; Karadeniz, H.; Epple, B.; Rümmele, F.; Schaadt, A.
Report
2016The power to liquid concept: Hydrogenation of CO2 to methanol and the production of oxymethylene ethers
Ouda, M.; Yarce, G.; Hesterwerth, K.; Hadrich, M.; White, R.J.; Schaadt, A.; Klein, H.; Jacob, E.
Conference Paper
2015Controllable HDO of lignin model compounds via aqueous phase reforming
Otromke, M.; Theiss, L.; Wunsch, A.; Susdorf, A.; Aicher, T.; White, R.; Schaadt, A.
Conference Paper
2015The hydrogenation of CO2 to sustainable energy carriers - PTL concept: Presentation held at EWACC 2015, Building Bridges Conference 2015, Nicosia, Cyprus, 16-18 June 2015
Ouda, M.; Schaadt, A.
Presentation
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