Chemie für eine nachhaltige Zukunft – Innovationen aus der TU Darmstadt auf der Achema

Chemie in Nano-Dimensionen

Das Fachgebiet Mesoskopische Systeme (Anorganische Chemie) des Forschungsschwerpunktes Nanomaterialien präsentiert den ersten vollintegrierten monolithischen Nanoreaktor. Der chemische Nanoreaktor basiert auf Kohlenstoff-Nanoröhren als zentralem Bauelement. Anhand eines Demonstrationsmodells wird die Funktionsweise des Reaktors anschaulich vorgestellt.

Nanostrukturierte Reaktoren eignen sich für die Entwicklung neuartiger Katalysatoren, in Verbindung mit entsprechenden Mikrokontrolleinheiten aber auch für analytische Fragestellungen wie zum Beispiel die Durchführung von Bluttests oder etwa das Screening pharmakologisch relevanter Substanzen.

Null-Emissions-Kraftwerk

Das Institut für Energiesysteme und Energietechnik (EST) präsentiert zwei innovative Verfahren zur Abscheidung von Kohlendioxid (CO2) aus dem Rauchgas von fossil betriebenen Kraftwerken: das „Carbonate Looping“ und das „Chemical Looping“. Die beiden Verfahren versprechen im Vergleich zu bisherigen Ansätzen eine höhere Energieeffizienz.

Zu ihrer Erprobung und Optimierung entsteht derzeit eine Versuchsanlage mit zwei gekoppelten Wirbelschichten im 1 MW-Maßstab an der TU Darmstadt. Der Carbonate Looping-Prozess kann an bestehende konventionelle oder Biomassekraftwerke nachgerüstet werden, um CO2 aus deren Rauchgas abzutrennen. Dabei reagiert gebrannter Kalk (CaO) in einem Wirbelschichtreaktor mit dem CO2 des Rauchgases zu Kalkstein (CaCO3). Das an die Umgebung abgegebene Abgas ist dann CO2-frei. In einem anderen Reaktor wird der Kalkstein anschließend gebrannt und dabei das CO2 ausgetrieben. Es liegt nun wieder gebrannter Kalk vor, welcher in den ersten Reaktor zurückgeführt wird, um den Kreisprozess zu schließen. Der Wirkungsgradverlust beträgt lediglich drei Prozent.

Das Chemical Looping ist ein eigenständiger Prozess, dem kein konventionelles Kraftwerk vorgeschaltet ist. Bei diesem Verfahren wird ein Sauerstoffträger zwischen zwei gekoppelten Wirbelschichtreaktoren im Kreis geführt. Der Sauerstoffträger, üblicherweise ein Metalloxid, wird im ersten Wirbelschichtreaktor oxidiert und anschließend in den zweiten Reaktor überführt. In diesem wird der Sauerstoffträger reduziert, und die zugeführte Kohle wird vom freiwerdenden Sauerstoff oxidiert. Auf diese Weise wird die Kohle mit reinem Sauerstoff verbrannt, als Abgas entsteht ausschließlich CO2 und Wasser. Bei diesem Verfahren beläuft sich der erwartete Wirkungsgradverlust auf etwa ein Prozent.

Simulation dynamischer Prozesse in fossil getriebenen Kraftwerken

Bei der Entwicklung dynamischer Simulationsmodelle für Kraftwerke geht es neben der dynamischen Prozessanalyse von geplanten Neuanlagen auch um die Optimierung der Prozess- und Regelungstechnik von bestehenden Anlagen. Neben der Berechnung von Änderungen der Auslastung im regulären Betrieb besitzt die Simulation von Betriebsstörungen einen hohen Stellenwert.

Ein Schlüssel zu Adsorbatstrukturen

Die sogenannte Diffuse-Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie (DRIFT-Spektroskopie) ist eine besondere Analytik-Methode, die es erlaubt, Katalysatoren unter technisch relevanten Bedingungen zu untersuchen. Die erhaltenen Informationen können zur Aufklärung von Reaktionsmechanismen heterogen katalysierter Reaktionen beitragen, die im Allgemeinen sehr komplex verlaufen und bisher wenig verstanden sind.

Überkritische Fluide

Im überkritischen Zustand, d.h. unter hohem Druck und hoher Temperatur, entwickeln Medien oft andere Eigenschaften als unter Normalbedingungen. Flüssigkeiten wie etwa überkritisches Wasser gehören zu den sogenannten Green Solvents, mit denen nachwachsende Rohstoffe wie Kohlenhydrate zu einfachen Chemiebausteinen umgewandelt werden können.

Die ACHEMA ist die weltgrößte Messe für Chemische Technik, Umweltschutz und Biotechnologie und wird von der DECHEMA in Zusammenarbeit mit der Frankfurter Messe organisiert. Sie findet im dreijährigen Turnus in Frankfurt am Main statt.