Welchen Beitrag kann die chemische Industrie zum Gelingen der Energiewende leisten?
Ist es technisch machbar und wirtschaftlich sinnvoll, elektrochemische Verfahren an schwankende Stromeinspeisung zu koppeln?
Chemische Verfahren wie die Chloralkali-Elektrolyse laufen sieben Tage in der Woche, 30 beziehungsweise 31 Tage im Monat, 365 Tage im Jahr. Dabei werden die wichtigen Grundchemikalien Chlor, Wasserstoff und Natronlauge hergestellt. Abgeschaltet werden die Anlagen lediglich dann, wenn sie gewartet werden müssen. Der elektrische Energieverbrauch in Deutschland ist bei der Chloralkali-Elektrolyse mit mehr als 15.000 Gigawattstunden pro Jahr bei einer Produktionsmenge von circa fünf Millionen Megatonnen enorm. Dies entspricht etwa dem jährlichen Energieverbrauch von vier Millionen Dreipersonenhaushalten.
Welchen Beitrag elektrochemische Prozesse wie die Chloralkali-Elektrolyse leisten können, um die schwankende Einspeisung erneuerbarer Energien in das Stromversorgungssystem zu integrieren – mit dieser Frage beschäftigen sich aktuell Wissenschaftler in dem interdisziplinären Verbundprojekt „ChemEFlex – Umsetzbarkeitsanalyse von Lastflexibilisierung elektrochemischer Verfahren in der Industrie“. Es wird von Prof. Dr.-Ing. George Tsatsaronis, Fachgebiet Energietechnik und Umweltschutz der TU Berlin, geleitet.
„Bislang werden diese elektrochemischen Prozesse konstant gefahren. Wir wollen jedoch erforschen – und das ist das Innovative in diesem Projekt –, ob es zum einen technisch möglich und zum anderen wirtschaftlich sinnvoll ist, den Herstellungsprozess an die Energiepreisschwankungen zu koppeln. Das bedeutet, der Prozess wird heruntergefahren, wenn weniger elektrische Energie ins Stromnetz eingespeist wird, und bei Stromüberschuss wieder hochgefahren. Ingenieure sprechen dann davon, den Herstellungsprozesses zu flexibilisieren“, sagt Franziska Klaucke, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Energietechnik und Umweltschutz und Koordinatorin des Projektes.
Um zu klären, ob eine flexible Fahrweise technisch überhaupt machbar ist, werden die Wissenschaftler untersuchen, wie Elektroden und Membranen der Elektrolyse auf die erwähnten Ab- und Anfahrvorgänge reagieren und ob mit erhöhtem Verschleiß oder sogar dauerhaften Beschädigungen zu rechnen ist. Dafür werden sowohl im Labor- als auch im Industriemaßstab Versuche zum Lastwechselverhalten der Anlagen durchgeführt. Zusätzlich werden auch andere ausgewählte elektrochemische Verfahren wie die Herstellung von Wasserstoffperoxid, wichtig als Bleich- und Desinfektionsmittel, betrachtet.
Die Wirtschaftlichkeit des dynamischen Betriebs wird durch den Strompreis bestimmt. Bei einem hohen Stromangebot ist dieser entsprechend günstig, bei Engpässen steigt der Preis an. „Unser Ziel ist es, das Verfahren, in unserem Fall die Chloralkali-Elektrolyse, an den Energiemarktpreis zu binden. Wir möchten ein Modell entwickeln, anhand dessen der Betreiber einer chemischen Anlage ablesen kann, bei welchem Preissignal ein Abfahren der Anlage wirtschaftlich ist“, sagt Christian Hoffmann wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Dynamik und Betrieb technischer Anlagen.
Nach drei Jahren wollen die Wissenschaftler die Frage beantworten, welchen Beitrag die chemische Industrie mit ihren elektrochemischen Verfahren zum Gelingen der Energiewende leisten kann.
Partner im Projekt sind neben den TU-Fachgebieten Energietechnik und Umweltschutz, Dynamik und Betrieb technischer Anlagen, Technische Chemie/Mehrphasenreaktionstechnik und Technische Chemie/Elektrokatalyse – Materialien die Firmen Covestro Deutschland AG, Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe GmbH und VESTOLIT GmbH. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das dreijährige Forschungsprojekt an der TU Berlin mit 1,6 Millionen Euro.
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