Industrie + Technik

Tinte und Transistor | Zwei Teams der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt haben mit Forschungspartnern versucht, Dünnfilm-Transistoren mit Metalloxiden auf hitzeempfindliche Materialien wie Papier und Polyethylenterephthalat zu drucken. Das hat nicht funktioniert, doch die Beteiligten werten das Projekt Foxip als Erfolg. Denn daraus entstanden eine neue Druckertinte und ein Transistor mit Memory-Effekt.<a href="https://sfa-am.ch/foxip.html" target="_blank">sfa-am.ch/foxip.html</a>Stoffstrombild | Die Nachfrage nach Kunststoffen war im Jahr 2021 etwas höher als zuvor. Dies zeigt das alle zwei Jahre erscheinende Stoffstrombild des Marktforschungsunternehmens Conversio im Auftrag von BKV, einem Zusammenschluss von Unternehmen und Verbänden der Kunststofferzeugung, -verarbeitung und des -maschinenbaus. Demnach betrug die Kunststoffproduktion im Jahr 2021 inklusive Kleber, Farben und Lacke etwa 21,1 Mio. Tonnen nach 20 Mio. Tonnen im Jahr 2019. Zu Kunststoffprodukten verarbeitet hat die Industrie 14 Mio. Tonnen Kunststoff, davon waren etwa 12 Prozent Rezyklate. Der Inlandsverbrauch von Kunststoffprodukten beim Endverbraucher lag bei 12,4 Mio. Tonnen, die Kunststoffabfallmenge betrug etwa 5,7 Mio. Tonnen.<a href="https://bkv-gmbh.de" target="_blank">bkv-gmbh.de</a>Synthetische Kraftstoffe | Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsprojekt „Namosyn – Nachhaltige Mobilität durch synthetische Kraftstoffe“ hat nun den Abschlussbericht vorgelegt. Das Projekt hat Verfahren zur Herstellung bestimmter E-Fuels entwickelt und diese Kraftstoffe im Motor getestet [Nachr. Chem. 2021, 69(9), 41]. 39 Partner aus Forschung und Industrie haben an Syntheserouten, Verbrennungseigenschaften und Materialkompatibilität dieser E-Fuels geforscht. Zudem wurden in einer Systemanalyse das CO2-Einsparpotenzial und die Kostenstruktur untersucht und bewertet.<a href="https://dechema.de/namosyn_abschluss" target="_blank">dechema.de/namosyn_abschluss</a>Plastikmüll überwachen | Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie haben mit Partnern aus den Niederlanden und Australien Annahmen für den Transport von Plastik in Flüssen überprüft. Die Menge Plastikmüll in Flüssen könnte demnach bis zu 90 Prozent größer sein als vermutet. Die neuen Erkenntnisse sollen dabei helfen, das Monitoring zu verbessern und Plastik aus Gewässern zu entfernen.doi: 10.1016/j.watres.2022.119078Maren BulmahnUS-Regierung: Batteriewirtschaft | Die Regierung der USA investiert 2,8 Mrd. US-Dollar in die Batteriewirtschaft. Sie fördert Firmen und Start-ups aus der Batterieproduktion, darunter einen Recycler. Finanzierungsgrundlage ist der „Infrastructure Investment and Jobs Act 2021“. Mit etwa 135 Mrd. US-Dollar sollen kritische Mineralien gefördert und verarbeitet sowie Batterien hergestellt werden.Chem. Eng. News 2022, 38, 11Paul Kuschmitz

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Für die und aus der Industrie

Tinte und Transistor | Zwei Teams der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt haben mit Forschungspartnern versucht, Dünnfilm-Transistoren mit Metalloxiden auf hitzeempfindliche Materialien wie Papier und Polyethylenterephthalat zu drucken. Das hat nicht funktioniert, doch die Bet...

Enadyne, eine Ausgründung aus der TU Bergakademie Freiberg, erschließt zusammen mit deren Netzwerk aus zwölf Partnern – darunter die Universität Leipzig – einen Synthesepfad für chemische Grundstoffe. Dazu wird CO2 mit einem Wasserstoffträger in einem Plasma umgesetzt.Um chemische Grundstoffe CO2-neutral zu erzeugen, muss CO2 genutzt und ein Wasserstoffträger bereitgestellt werden. Diese Rohstoffe aktiviert ein strombasiertes Power-to-X(PtX)-Verfahren. Heutige PtX-Verfahren, etwa thermisch katalytische Verfahren, erfordern hohen Energieeinsatz und produzieren vorrangig Synthesegas. Aus diesem Synthesegas werden dann die chemischen Grundstoffe hergestellt. Infolge hoher Betriebskosten sind strombasierte PtX-Verfahren gegenüber fossilbasierten Verfahren nicht konkurrenzfähig. Mit Plasmakatalyse ist der Weg über das Synthesegas für chemische Grundstoffe nicht notwendig.Das PtX-Verfahren mit Plasmakatalyse ermöglicht die direkte und selektiv einstellbare Synthese von C1- bis C4-Kohlenwasserstoffen, darunter Methanol, Formaldehyd und Ethylen. Die somit kürzere Prozesskette für die Grundstofferzeugung, eine einfache Skalierbarkeit sowie Prozessanfahrzeiten unter 15 Minuten sind Vorteile der Plasmakatalyse gegenüber PtX-Verfahren (<link href="#nadc20234132285-fig-0001">Grafik).<figure xml:id="nadc20234132285-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/xNyLbfZT3GC84LjqLlOL"><figcaption><label>Abb.1: </label>Die Enadyne-Syntheseroute.</figcaption></figure></figure>Christian <link href="#nadc20234132285-fig-0002">Koch, der Initiator und Mitgründer des Start-ups Enadyne, forscht seit mehr als einem Jahrzehnt zusammen mit seinen Kolleg:innen und einem Netzwerk daran, die Plasmakatalyse marktfähig zu machen. Hierbei unterstützen die TU Bergakademie Freiberg, das Gründernetzwerk Saxeed, Martin Kilo vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC und weitere akademischen Partnern etwa aus dem Institut für Technische Chemie der Universität Leipzig.<figure xml:id="nadc20234132285-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/5x3rBgQnSyCJeZhMhbO0"><figcaption><label>Abb.2: </label>Der technische Geschäftsführer von Enadyne, Christian Koch (links) und Philipp Hahn, kaufmännischer Geschäftsführer. Foto: Felix Adler</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Nichtthermisches Plasma</h2>Die Idee ist, mit einer nichtthermischen Plasmakatalyse (NTPK) chemische Grundstoffe direkt und selektiv aus Biogas zu synthetisieren. Dieses liefert CO2 und Methan als Wasserstoffträger. Die NTPK kombiniert nichtthermisches Plasma (NTP), das die Einsatzgase energetisch anregt, mit einem Katalysator (K), der diese in das Zielprodukt überführt.Plasmen sind Gase aus neutralen Spezies wie Molekülen, Radikalen und angeregten Spezies, Ionen, Photonen und Elektronen. Diese stehen je nach Plasmatyp in einem unterschiedlichen thermischen Gleichgewicht zueinander. In einem nichtthermischen oder Nichtgleichgewichts-Plasma sind ausschließlich die Elektronen bei Temperaturen bis zu 100 000 K (10 eV) energetisch angeregt, während die übrigen Spezies annähernd Raumtemperatur haben.Über Elektronen-Molekülkollisionen aktivieren diese Elektronen im NTP die Reaktion der Einsatzgase. Abhängig von der Elektronenenergie lassen sich so endotherme gleichgewichtsbegrenzte Reaktionen bei nahezu Umgebungstemperaturen durchführen und Reaktionspfade beschleunigen. Demnach sind in der nichtthermischen Plasmakatalyse von der allgemeinen Gas- und Reaktionskinetik entkoppelte, effizientere Reaktionspfade möglich, die mit konventionellen thermisch katalytischen Verfahren (nichtselektive Reaktionsaktivierung) nicht zugänglich sind.<h2 type="main">Mit Katalysator</h2>Aufgrund der breiten Elektronenenergieverteilung in nichtthermischen Plasmen und der damit verbundenen hohen Zahl verschiedener angeregter Spezies, Ionen und Radikale sind eine hohe Ausbeute und Selektivität chemischer Grundstoffe mit Plasmen allein schwierig. Die Kombination des NTP mit einem Katalysator hingegen verspricht eine selektive Synthese und hohe Ausbeute.Möglich sind eine In-Plasma-Katalyse (IPC) oder eine Post-Plasma-Katalyse (PPC). Die IPC ist von besonderer Bedeutung, da sie im Vergleich zur PPC eine katalytische Aktivität nahe der Umgebungstemperatur ermöglicht. Grund ist die plasmabasierte Aufladung des Katalysators. Da die Funktionsweise der Katalysatoren in der NTPK von der thermischen Katalyse abweicht – Reaktionsaktivierung außerhalb des Katalysators –, sind Ergebnisse thermischer Katalysatoren nur begrenzt auf die NTPK übertragbar.Plasma zusammen mit einem Katalysator gestattet aufgrund hoher möglicher Energiedichten und flexibler Steuerungsmöglichkeiten Systeme unterschiedlicher Größenordnungen und Kontrollmethoden.Enadyne verfolgt zwei Wege, um die Marktfähigkeit der nichtthermischen Plasmakatalyse zu erreichen: Das Start-up setzt Materialien ein, die ein selektiv angeregtes NTP zünden. Zusammen mit der Universität Leipzig entstehen zudem neue plasmageeignete Katalysatoren.Gemeinsam mit den Verbundnetzwerkpartnern soll so eine neuartige Prozesskette (Bio-Energy Carbon Capture and Utiliziation and Storage, Beccus) zur Methanolproduktion aufgebaut und ein CO2-neutraler Kohlenstoffkreislauf implementiert werden.<h2 type="main">Im Container produziert</h2>Chemische Grundstoffe wie Methanol oder Ethylen sind in der chemischen Industrie Basisbausteine zahlreicher Produkte. Die Dekarbonisierung der Industrie erfordert, dass künftig chemische Grundstoffe CO2-neutral produziert werden. Die NTPK hat dieses Potenzial, wobei die erzeugten chemischen Grundstoffe zudem etwa im Schwerlasttransport oder der Luftfahrt als Energieträger einsetzbar sind.Als Geschäftsmodell verfolgt Enadyne die Produktion und den Verkauf des Verfahrens samt Anlagen im Container. Diese können Kunden dezentral an Biogasanlagen oder zentral an Industriestandorten einsetzen. Die kurze Anfahrzeit von 15 Minuten ermöglicht zudem den Einsatz als flexible Energiespeicher, die Lastspitzen aus dem Stromnetz abfangen, speichern oder etwa in die Gasinfrastruktur überführen. Kunden solcher Containerlösungen sind Biogasanlagenbetreiber und Industriebetriebe, bei deren Produktion CO2 entsteht, darunter Zementwerke, Stahlwerke oder Chemiebetriebe.<h2 type="main">Gründung aus der Forschung</h2>High-Tech-Start-ups wie Enadyne haben einen hohen Kapitalbedarf. Ein möglicher Weg, diesen zu senken, ist Unterstützung durch Universitäten, die etwa das Nutzen von Laboren und kostenintensiver Mess- und Anlagentechnik bieten. Diese Unterstützung ist jedoch nur begrenzt möglich. Zu den Gründen zählt etwa die De-minimis-Regel: Um den Handel zwischen EU-Mitgliedstaaten vor wettbewerbsverfälschenden Beeinträchtigungen zu schützen, sind staatliche Beihilfen oder Subventionen an Unternehmen grundsätzlich verboten. Die Regel erlaubt es, Unternehmen mit öffentlichen Mitteln zu unterstützen, sofern eine bestimmte Obergrenze nicht überschritten wird. Denn die Europäische Kommission nimmt an, dass geringe Zuwendungen den zwischenstaatlichen Handel und Wettbewerb innerhalb der EU nicht beeinträchtigen.Für Banken und Wagniskapitalgeber wiederum ist die technische Entwicklung häufig in einer zu frühen Phase.Dieses Tal der Tränen durchläuft Enadyne mit der Bundesagentur für Sprunginnovation (Sprin-D), die das Start-up und vier weitere Teams im Rahmen der Carbon-to-Value-Challenge finanziert.Für mehr technische Ausgründungen aus Universitäten müssen die Kommunen, Landesregierungen und die Bundesregierung, Universitäten und Geldgeber umdenken. Universitäten müssen befähigt werden, Start-ups in frühen Entwicklungsphasen zu unterstützen, ohne Gefahr zu laufen, unter die De-minimis-Regel zu fallen. Kapitalgeber müssen ihre Finanzierungsstrategien anpassen. Die Handlungsfreiheiten öffentlicher Einrichtungen und der Kapitalgeber sind jedoch durch Gesetze und EU-Regeln begrenzt.Christian Koch ist Geschäftsführer und Technischer Direktor von Enadyne in Freiberg. Der Diplomingenieur für Umweltingenieurwesen und Verfahrenstechnik war zwölf Jahre an Instituten des Deutschen Biomasseforschungszentrums, der Universität Leipzig und TU Bergakademie Freiberg wissenschaftlich tätig und hat an nichtthermischen Plasmen zur selektiven Konversion gasförmiger Verbindungen geforscht.

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