Industrie + Technik

Flugkraftstoff I Ein skalierbares Verfahren zur Herstellung von Flugkraftstoff (sustainable airfuel, SAF) mit mehr als 80 Prozent weniger Kohlenstoffemissionen als konventioneller Kraftstoff entwickelt Metafuel. Das Unternehmen aus Langnau am Albis im Kanton Zürich fängt CO2 mit einem biotechnischen Prozess ein und verarbeitet es mit H2 zu CH3OH, das ein patentierter Prozess zu SAF wandelt. Geschäftsführer sind Saurabh Kapoor, Peter Ulrich Koss und Leigh Andrew Hackett. (Handelsregistereintrag vom 19.10.2021)CO2 fangen I Neocarbon aus Berlin spezialisiert sich auf Kohlenstoffdioxideinfang (direct air capture, DAC) an Kühltürmen. Diese lassen sich wie gewohnt nutzen und scheiden dabei CO2 direkt aus der Luft ab. Das Verfahren ist kosteneffizient, da Kühltürme starke Luftströme haben und sich so Energie sparen lässt. Geschäftsführer sind René Haas und Silvain Toromanoff. (25.1.2022)Zellkultur I Das Gießener Unternehmen Green Elephant Biotech hat mit Cellscrew ein Einweg-Zellkulturgefäß mit einem hohen Verhältnis von Wachstumsfläche zu Volumen entwickelt. Es entsteht aus pflanzlicher Polymilchsäure in einem additiven Fertigungsverfahren, was den Kohlenstofffußabdruck verglichen mit herkömmlichen Einweg-Zellkulturschalen um 90 Prozent reduziert. Geschäftsführer ist Joel Eichmann. (28.1.2022)Kolloidale Ligninpartikel I Lignovations aus Tulln an der Donau produziert kolloidale Ligninpartikel. Biologisch abbaubar sollen sie synthetische Kosmetikinhaltsstoffe ersetzen, etwa UV-Filter oder Antioxidantien. Die Ligninpartikel werden aus Biomasse recycelt und gewonnen. Geschäftsführer ist Martin Miltner. (5.10.2022)Holger Bengs, European Chemistry Partnering, schaut für die Nachrichten aus der Chemie ins Handelsregister.

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Flugkraftstoff I Ein skalierbares Verfahren zur Herstellung von Flugkraftstoff (sustainable airfuel, SAF) mit mehr als 80 Prozent weniger Kohlenstoffemissionen als konventioneller Kraftstoff entwickelt Metafuel. Das Unternehmen aus Langnau am Albis im Kanton Zürich fängt CO2 mit einem biotechnisc...

Die TU Wien bringt mit Industrie- und Kooperationspartnern ein Verfahren zur Marktreife, das Energie mit reversiblen, chemischen Reaktionen speichert. Deshalb ist während der Lagerung keine Isolierung erforderlich, und viele Ladezyklen sind ohne Verluste möglich.Das Prinzip der thermochemischen Energiespeicherung (TCES) in einem Suspensionsreaktor ist eine Schlüsselentwicklung der langfristigen Wärmespeicherung. Damit lassen sich große Energiemengen speichern, die sonst aufgrund des Missverhältnisses zwischen Energiebedarf und -nutzen als Wärme oder Strom verloren gehen. Im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit erneuerbarer Ressourcen und industrieller Abwärme hat die langfristige Wärmespeicherung mit chemisch reversiblen Reaktionen großes Potenzial (<link href="#nadc20224131313-fig-0001">Grafik).<figure xml:id="nadc20224131313-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/cN878eRITeSaKzSJNfnM"><figcaption><label>Abb.1: </label>Anwendungen des thermochemischen Energiespeichers (Mitte). Links mögliche Energiequellen: Photovoltaik (PV) und Windenergie, Solarthermie, industrielle Abwärme (Industrial WEH), Geothermie; grün: elektrische Energie, rot: Wärmeenergie. Rechts: Nutzungsmöglichkeiten. Im Reaktor: Öl, Feststoffpartikel (rot) und in der Reaktion freiwerdendes Wasser (blau). Grafiken: TU Wien</figcaption></figure></figure>Mit dieser Art der Wärmespeicherung in einem Feststoff lassen sich ohne Isolation saisonale Perioden überbrücken. Suspensionsreaktoren ermöglichen ein einfaches Scale-up von der Haushaltsanwendung bis zum industriellen Maßstab.<h2 type="main">Die Materialien</h2>Das Wirkprinzip beruht auf der chemischen Reaktionsenthalpie reversibler Reaktionen. Als thermochemische Energiespeicherungsmaterialien (TCM) eignen sich verschiedene Stoffe.Diese sollen hohe Energiespeicherdichten und eine gute Zyklenstabilität garantieren sowie ungefährlich und preiswert sein. Neben den ökonomischen und ökologischen Anforderungen sollen Energiespeicherungsreaktionen unter 200 °C ablaufen. Für die Anwendung im Suspensionsreaktor eignen sich daher Stoffe wie Borsäure und diverse Salzhydrate.<h2 type="main">Der Suspensionsreaktor</h2>Im Mittelpunkt der Forschung am thermochemischen Energiespeichersystem steht ein Suspensionsreaktor. In diesem aktiviert Wärmezufuhr während der Beladungsphase des Speichers ein festes Wärmespeichermaterial. Wie bei einer elektrischen Batterie lässt sich die gespeicherte Wärme bei Bedarf freisetzen. Die Besonderheit: Während der Lagerung ist keine Isolierung erforderlich. Die reversible chemische Reaktion soll möglichst viele Ladezyklen ohne Verluste realisieren. Dieses Verfahren der langfristigen Wärmespeicherung wurde im Rahmen der Grundlagenforschung an der TU Wien entwickelt und am Österreichischen Patentamt unter A50039/2021 patentiert.Im Inneren des Reaktors werden die Feststoffpartikel durch Rühren in Schwebe gehalten und sind von einem Thermoöl suspendiert. Als Thermoöl eignen sich Wärmeträgermedien auf Mineral- oder Silikonölbasis, es lassen sich zudem Pflanzenöle verwenden. Wichtig ist, dass das Suspensionsmedium keine Reaktion mit dem Feststoff eingeht. Stattdessen unterstützt es den Wärme- und Stofftransport zum Partikel und sorgt für eine homogene Temperaturverteilung in der Reaktionszone. Zusätzlich unterstützt es die Transport- und Lagerungsfähigkeit des Wärmespeichermaterials.<h2 type="main">Ein Energiespeicherzyklus</h2>Der Zyklus der thermochemischen Energiespeicherung besteht aus Laden, Speichern und Entladen. Während der Ladephase aktiviert der Wärmeeintrag das feste Speichermaterial, das Wasser freisetzt; der dehydrierte Feststoff ist ohne Aufwand lagerbar. Wenn die gespeicherte Wärme benötigt wird, wird das Speichermaterial mit Wasser rekombiniert, um Wärme freizusetzen. Der thermochemische Kreislauf ist nun geschlossen und startet durch Wärmezufuhr erneut (<link href="#nadc20224131313-fig-0002">Grafik oben).<figure xml:id="nadc20224131313-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/wxF2ycVaQrGeIQM9bkLw"><figcaption><label>Abb.2: </label>Zyklus zum thermochemischen Energiespeicher (TCES). A: festes Speichermaterial, B: der dehydrierte Feststoff.</figcaption></figure></figure>Abhängig vom Reaktionssystem lässt sich Wärme bei Temperaturen von 70 °C bis 200 °C speichern. Mit einer Energiespeicherdichte von bis zu 2,2 GJ·m–³ liegt die Borsäurereaktion über den Speicherungsdichten anderer Wärmespeicherungsmethoden, die Wärme in sensibler oder latenter Form speichern. Sensible Wärmespeicher speichern fühlbare Wärme durch das Aufheizen eines Mediums, etwa ein Warmwasserspeicher. Latentwärmespeicher nutzen zusätzlich einen Phasenübergang, zum Beispiel das Schmelzen eines Salzes. Thermochemische Energiespeicher bieten gegenüber diesen Methoden den Vorteil, dass keine Isolierung notwendig ist. Denn es ist eine verlustfreie Speicherung der Wärme möglich, solange der aktivierte Feststoff getrennt von Wasser gelagert bleibt.Derzeit ist die thermochemische Energiespeicherung in einem Suspensionsreaktor im Technikums-Maßstab erprobt. Damit dieses Verfahren bald die Marktreife erreicht, sucht das Entwicklerteam der TU Wien Industriepartner, um Prototypprojekte umzusetzen, sowie Kooperationspartner in Forschung und Entwicklung. Ein Video und mehr Informationen zu diesem Verfahren sind verfügbar unter <link href="#nadc20224131313-fig-0003"><a href="https://youtu.be/xBvYmeZyV9w" target="_blank">youtu.be/xBvYmeZyV9w</a>.<figure xml:id="nadc20224131313-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/ueTosl78TDuIJnel3fck"><figcaption><label>Abb.3: </label><a href="https://youtu.be/xBvYmeZyV9w" target="_blank">youtu.be/xBvYmeZyV9w</a></figcaption></figure></figure><h2 type="main">Autoren und Autorin</h2>Diesen Beitrag verfassten Franz Winter (Foto), Harald Bürgmayr und Lena Schmieder. Winter leitet die Forschung für chemische Verfahrenstechnik und Energietechnik am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien. Seine Schwerpunkte kombinieren Strömungsdynamik, Stoff- und Wärmeübertragung, Reaktionskinetik für Reaktor- und Prozessdesign und deren Optimierung. Bürgmayr und Schmieder gehören zum interdisziplinären Forschungsteam und sind Keyresearcher in thermochemischer Energiespeicherung. <a href="mailto:franz.winter@tuwien.ac.at">franz.winter@tuwien.ac.at</a>, <a href="mailto:harald.buergmayr@tuwien.ac.at">harald.buergmayr@tuwien.ac.at</a>, <a href="mailto:lena.schmieder@tuwien.ac.at">lena.schmieder@tuwien.ac.at</a><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/0laZLx3XQpCUnVjQDOuJ"><a href="https://youtu.be/xBvYmeZyV9w" target="_blank">youtu.be/xBvYmeZyV9w</a>

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