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).