Die Eliminierung von CO2-Emissionen aus der Produktion ist das Ziel einer großen Forschungsallianz

AUSTIN, Texas – Eine Allianz aus neun Universitäten, drei nationalen Laboren und 37 Unternehmen wird eine der größten Hürden bei der Dekarbonisierung der Fertigung angehen: Kohlendioxidemissionen bei der Erzeugung von Prozesswärme.

Forscher der University of Texas in Austin werden eine wichtige Rolle bei den Bemühungen spielen, die Energiequelle zu ersetzen, die die meisten Herstellungsprozesse antreibt, indem sie Kohlenwasserstoff-Brennstoffe durch sauberen Strom ersetzen, der aus erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind erzeugt wird. Dies könnte große Auswirkungen haben, da die Produktion mehr als 30 % der Kohlendioxidemissionen in den USA verursacht.

„Um Rohstoffe in nützliche Produkte umzuwandeln, sind höhere Temperaturen und eine Wärmequelle erforderlich. In vielen Industrien erfolgt die Heizung heute genauso wie in den frühen Tagen der industriellen Revolution – durch die Verbrennung eines Brennstoffs, der wiederum CO2 erzeugt“, sagte er Michael Baldea, Professor am McKetta Department of Chemical Engineering der Cockrell School of Engineering und am Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, der die Bemühungen im Namen von UT leitete. „Was wir hier erreichen wollen, ist, die besten Möglichkeiten zu finden, Verbrennungsheizungen durch Elektroheizungen zu ersetzen.“

Das neue EPIXC-Institut (Electrified Processes for Industry without Carbon) wird durch einen fünfjährigen Zuschuss in Höhe von 70 Millionen US-Dollar vom US-Energieministerium und mehr als 74 Millionen US-Dollar an Beiträgen aus der Industrie und anderen Quellen finanziert. Es ist das siebte Clean Energy Manufacturing Innovation Institute des DOE.

Forscher der UT Austin erhalten im Rahmen des Projekts 17 Millionen US-Dollar vom DOE, die zweithöchste Summe hinter der Arizona State University, die die führende Institution ist. Die am Projekt beteiligten texanischen Ingenieure werden ihr einzigartiges Fachwissen in der chemischen Verarbeitung und im Stromnetz in die Forschung einbringen. Das Process Science and Technology Center der UT Austin wird ein wichtiger Prüfstand für die Umsetzung und Validierung neuer Ideen sein.

„Texas Engineers wollen die größten Probleme der Welt lösen, und die Dekarbonisierung der Fertigung ist so groß wie möglich“, sagte Roger Bonnecaze, Dekan der Cockrell School of Engineering. „Das kombinierte Fachwissen der Cockrell School in den Bereichen Energie- und Chemietechnik und ihr einzigartiges Zentrum für Prozesswissenschaft und -technologie werden für den Erfolg dieser Allianz von unschätzbarem Wert sein.“

Wärme ist für die Fertigung von wesentlicher Bedeutung und wird zur Unterstützung chemischer Reaktionen, zur Entfernung von Feuchtigkeit, zur Dampferzeugung, zur Förderung chemischer Trennungen, zum Schmelzen und Behandeln von Metallen und vielem mehr verwendet. Allerdings verbraucht die Prozesserwärmung – also die Erzeugung der thermischen Energie, die zur Umwandlung von Materialien und zur Herstellung von Industriegütern verwendet wird – mehr Energie und verursacht mehr Kohlenstoffemissionen als jeder andere Vorgang im Industriesektor. Durch die Umstellung auf sauberen Strom als Energiequelle können Industrien zusätzlich zu herkömmlichen Widerstandsheizungen Emissionen reduzieren und die Energieeffizienz durch Technologien wie Induktion, Mikrowelle oder Hochfrequenzheizung verbessern.

In den ersten Teilen des Projekts werden sich die Forscher der UT Austin auf zwei zentrale Herausforderungen konzentrieren. Der erste ist die Logistik der Umstellung von Erdgas- auf Elektrokessel zur Dampferzeugung für die Produktion.

Die zweite Front besteht darin, die Auswirkungen dieser Änderungen zu verstehen. Die Elektrifizierung der Fertigung könnte das Stromnetz zusätzlich belasten. Und die starke Abhängigkeit von erneuerbaren Energien wird sich aufgrund ihrer zyklischen Verfügbarkeit ändern.

„Der Strom aus erneuerbaren Energiequellen ist unregelmäßig – nachts weht der Wind stärker und die Sonne scheint nur tagsüber – wir müssen uns also mit der Vorstellung abfinden, dass die von uns genutzte Energiequelle schwanken wird“, sagte Baldea. „Derzeit gehen die Hersteller davon aus, dass Strom ein Energieversorger ist, der jederzeit verfügbar ist, wenn er benötigt wird. Daher müssen wir die Auswirkungen dieser Variabilität untersuchen.“

Baldea ist Chief Technology Officer des EPIXC Institute. An der Entwicklung des Instituts von der UT Austin aus sind außerdem Brian Korgel, Professor für Chemieingenieurwesen und Direktor des Energieinstituts an der UT Austin, beteiligt; Bruce Eldridge, angesehener Dozent für Chemieingenieurwesen; Vince Torres, stellvertretender Direktor des Center for Energy and Environmental Resources der Cockrell School; Hao Zhu und Alex Hanson, Fakultätsmitglieder der Chandra Family Department of Electrical and Computer Engineering; Maria Jünger, Professorin am Fachbereich Bau-, Architektur- und Umweltingenieurwesen; und Vaibhav Bahadur, Professor am Walker Department of Mechanical Engineering.

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Nat LevyCockrell School of Engineering: [email protected]