Nutzung elektrischer Energie aus volatilen, regenerativen Quellen als Betriebsstoff in Produktionsprozessen der chemischen Industrie

Die chemische Grundstoffindustrie ist geprägt von großskaligen, kontinuierlich betriebenen Produktionsprozessen mit einem hohen Primärenergieverbrauch. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Systemansatz untersucht, den Energiebedarf von Prozessen der chemischen Industrie aus regenerativen Quellen zu decken. Im Fokus stehen auf Grund ihrer Bedeutung für die deutsche Energiewende die volatilen Quellen Sonne und Wind. Mit Hilfe einer Potentialanalyse wird ein integraler Vergleich von Energieangebot aus Sonne und Wind und Energienachfrage in der chemischen Grundstoffindustrie durchgeführt. Dabei zeigt sich, dass einige Prozesse der chemischen Grundstoffindustrie in der Lage sind, signifikante Mengen an negativer Residuallast aufzunehmen. Anschließend werden die verfahrenstechnischen Anforderungen für eine Versorgung der Produktionsprozesse mittels volatiler regenerativer Energie abgeleitet und einzelne Apparate zur Stoffumwandlung und Stofftrennung detaillierter hinsichtlich ihrer Flexibilität analysiert. Neben der Untersuchung eines heterogen katalysierten Gasphasenreaktors liegt der Schwerpunkt dieser Analysen auf der Entwicklung von geeigneten Apparatekonzepten für die kontinuierliche Rektifikation. Diese Konzepte ermöglichen es, diesen Apparat zum einen schneller anfahren zu können und zum anderen einen trenneffizienten Betrieb innerhalb weiter Betriebsbereiche zu gewährleisten. Die untersuchten Apparatekonzepte basieren dabei auf der Adaption etablierter Konzepte, wie beispielsweise dem Radialstromboden. Abschließend wird der Gesamtansatz unter geeigneten Randbedingungen in Bezug auf ökonomische und ökologische Faktoren bewertet. Wichtiger ökonomischer Faktor sind die Stromkosten und zentraler ökologischer Faktor die CO₂-Emissionen.