Industrie + Technik

Wasserstoffprojekte im Weltmaßstab | Im Jahr 2023 soll ein 20-Megawatt-Elektrolyseur in Betrieb gehen. Air Liquide Deutschland plant in einer Partnerschaft mit Siemens Energy den Bau dieses ersten Elektrolyseurs im Weltmaßstab. Er soll in Oberhausen klimaneutralen Wasserstoff erzeugen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) überreichte dafür einen Förderbescheid über 10,9 Mio. Euro.Im Juni 2020 verabschiedete die Bundesregierung den Bericht zur Nationalen Wasserstoffstrategie. Mit 8 Mrd. Euro fördert sie demnach 62 Wasserstoffgroßprojekte (Karte), für die insgesamt 33 Mrd. Euro an Investitionen geplant sind. SN<div><img src="https://media.graphcms.com/GLvSUJJYTlKlf79Er4vt">

Grafik: BMWi</div>

Meldung

Wasserstoffprojekte im Weltmaßstab

Prof.Dr.

Mit Glimmer in den Weltraum | Verbundmaterialien aus Polyimid (PI) schützen Raumfahrzeugaußenflächen in niedrigen Erdumlaufbahnen etwa vor Radikalen und UV-Strahlung. Das Team von Shuhong Yu an der University of Science and Technology of China hat – inspiriert von der Ziegelmörtelmikrostruktur von Perlmutt – mit einer PI-Dispersion und Glimmer-Nanoblättchen eine Beschichtung dafür erzeugt. Sprühbeschichtung und thermische Härtung haben den Glimmergehalt an der Oberfläche erhöht. Dieser doppelschichtige PI-Glimmer-Film ist bisherigen PI-Verbundwerkstoffen überlegen.doi: 10.1002/adma.202105299Futter aus Industrieabgasen | Eine Gasfermentation mit Clostridium ethanolicum liefert Protein aus CO-reichen Industrieabgasen von Shougang Steel. Das Feed Research Institute der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und die Beijing Shougang Longze New Energy Technology haben das Verfahren entwickelt und auf 10 000 t skaliert. In Gegenwart von Ammoniak bildet der anaerobe Mikroorganismus aus dem primär entstandenen Ethanol Clostridiumzellmasse; sie enthält etwa 80 Prozent Protein, und die Aminosäurenzusammensetzung ähnelt der von Fischmehl. Das Clostridiumprotein ist in China als Futtermittel zugelassen.China holt Kobalt aus dem Kongo | Dem chinesischen Unternehmen China Molybdenum gehören 15 der 19 Kobaltminen in der Demokratischen Republik Kongo. Von dort stammen der New York Times zufolge etwa 70 Prozent der 150 000 Tonnen Kobalt-Weltproduktion. Lithiumkobaltoxid dient als Anode in Li-Akkus.<a href="https://nytimes.com/2021/11/20/world/china-congo-cobalt.html" target="_blank">nytimes.com/2021/11/20/world/china-congo-cobalt.html</a>Schneller mehr aus Rohöl | Sinopecs Tochtergesellschaft Tianjin Petrochemical Industry gewinnt mit einer Pilotanlage zur Dampfspaltung aus einer Tonne Rohöl etwa 500 kg Chemikalien, darunter Ethylen, Propylen, leichte Aromaten und Wasserstoff. Im April hatte Sinopecs Forschungszentrum in Yangzhou mit einem neuen katalytischen Crackverfahren ähnliche Ausbeuten erreicht. In der Tahe-Raffinerie in Xinjiang will das Unternehmen nun beide Verfahren kombinieren, um mit Steamcrackern Ethylen aus Rohöl herzustellen. Werden dabei Ausbeuten von 70 Prozent erreicht, rechnet Sinopec damit, dass Produktionskosten, Energieverbrauch und CO2-Emissionen sinken und sich der Produktionsprozess verkürzt.Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>

Artikel

Blick nach Asien

Einer Befragung des Umfrageinstituts Infratest zufolge wählten 23 Prozent der unter 25-Jährigen die Grünen. Knapp dahinter lag die FDP mit 21 Prozent. Die Grundhaltungen der Jungwählerinnen und -wähler sollen dabei viel weiter auseinander liegen als die ihrer älteren Parteifreunde.Für uns in der Chemiewirtschaft und unsere Partner ist es wichtig, wie die Menschen denken, die mit Master und Promotion in die Unternehmen kommen und Verantwortung übernehmen. Die Berufswahl junger Menschen ist eine demokratische Abstimmung über die Zukunft unserer Industrien mit den Füßen.Emiel Dobbelaar und Janine Richter vom Jungchemikerforum haben Stimmen junger Chemikerinnen und Chemiker rund um die Welt gesammelt.1) Ich habe ihre Ergebnisse während der Woche der nachhaltigen Chemie des International Sustainable Chemistry Collaborative Centre (ISC3)2) mit vielen diskutiert. Es gibt unterschiedliche Schwerpunkte auf der Welt: In einigen Regionen steht Technologie im Mittelpunkt, in anderen Landwirtschaft als Chemiebasis. Einige wünschen sich eine dritte Instanz, der sich vertrauen ließe, neben Unternehmen und Behörden.Interessant ist auch, was nicht in der Umfrage vorkommt. Wie autoritär sollten Regierungen auftreten, um die Ziele junger Menschen durchzusetzen? Bleibt die Berufswahl frei, wenn die Transformation wegen Fachpersonalmangel stecken bleiben sollte? Wenig überraschend ist, dass sich junge Chemiker und Chemikerinnen auf Chemie konzentrieren, auch wenn sie Wert auf Interdisziplinarität und multilaterale Kooperation legen. Ihnen beispielsweise Instrumente des Finanzwesens und der Logistik an die Hand zu geben ist Teil des Mentorings, das eine Bringschuld von uns etwas Älteren ist. Wir müssen über Kreislaufwirtschaft, Kohlenstoffkreisläufe und grüne Chemie sprechen und jungen Menschen zuhören: Ältere lernen von Jüngeren (reverse mentoring).Die Basis des globalen Austauschs junger Chemikerinnen und Chemiker, das vermeintlich Selbstverständliche dürfen wir alle nicht vergessen: offene Gesellschaft, offene Grenzen sowie freier wirtschaftlicher und gesellschaftlich-politischer Wettbewerb sind verantwortlich für Schnelligkeit bei Innovation und Transformation. Dazu kommt eine Marktordnung, die Schwache so schützt, dass sie dabei nicht aussteigen. In dem Sinn ist wechselseitiges Mentoring nicht nur mit den jungen Menschen wichtig, die die Zukunft unserer Unternehmen tragen, sondern mit allen Menschen, die Infratest befragt hat.Rolf Albach leitet Polyurethanprojekte bei Covestro. Zudem lehrt der promovierte Chemiker mit einem Master of Business Administration an der Fachhochschule Aachen. Der Vorstandsvorsitzende der GDCh-Vereinigung Chemie und Wirtschaft führt uns mit dieser Kolumne im Wechsel mit Hannes Utikal durch die Welt der Wirtschaftschemie.
<ul class="references"><li>
1 Pure Appl. Chem. 2021, doi: 10.1515/pac-2021–0602</li><li>
2 <a href="https://isc3.org" target="_blank">isc3.org</a></li></ul>

Der Wirtschaftschemiker: Was erwarten die Millenials von der Zukunft?

Einem Prozess Ausgangsstoffe kontinuierlich zuzuf&uuml;hren und Produkte ebenso zu entnehmen, statt Charge f&uuml;r Charge zu produzieren, bietet Vorteile. Kontinuierliche Prozesse brauchen dazu eine andere Analysentechnik, und oft ist es besser, beide Methoden zu kombinieren.
Kontinuierliche Fertigung (Continuous Manufacturing) ist in den letzten Jahren wieder aktuell geworden. Dabei helfen digitale Techniken und die Vernetzung vieler Ger&auml;te zu komplexen und dennoch beherrschbaren Gesamtsystemen. Kontinuierliche Wirbel- und Strahlschichtanlagen etwa zum Trocknen oder Granulieren gibt es seit drei&szlig;ig Jahren.
Die Agroindustrie setzt auf kontinuierliche Spr&uuml;hgranulation, um D&uuml;ngemittel- und Pestizidpellets herzustellen. &Auml;hnlich l&auml;uft es bei der Fertigung von Waschmittelkomponenten, darunter hochviskose und klebrige Tenside, rieself&auml;hige F&uuml;llstoffe und staubfreie, zum Teil beschichtete Enzyme.
Die Lebensmittelindustrie agglomeriert Pulver kontinuierlich. Beispiele sind Vitaminformulierungen, getrocknete Probiotika, Kaffeepulver f&uuml;r Kaffeekapseln oder Spezialpulver, um die L&ouml;slichkeit von Getr&auml;nkepulvern, Hydrokolloiden, S&uuml;&szlig;stoffen und tablettierf&auml;higen Zuckeraustauschstoffen zu verbessern.

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Anlage von Pfizer in Freiburg mit kontinuierlicher Tablettierung. Foto: Pfizer
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<h2>Kontinuierlich vorteilhaft</h2>
Mit der Umstellung von Batchprozessen auf kontinuierliche Fertigung lassen sich Kostenvorteile realisieren, der Reinigungsaufwand senken, Ausbeuten erh&ouml;hen und die Selektivit&auml;t verbessern, etwa bei enantiomerenreinen Produkten. Zudem k&ouml;nnen Qualit&auml;t und Reinheit steigen wie bei der Mikroverkapselung von Nahrungserg&auml;nzungsmitteln.
Entscheidend ist oft: Das Unternehmen kommt mit weniger Prozessschritten aus, darunter weniger L&ouml;sungsmittelwechsel und keine Silo-Zwischenlagerung. Dazu ein Beispiel aus der Tablettenherstellung: Im Teilprozess &bdquo;Mischen, Granulieren, Tabletten pressen und beschichten&ldquo; verschmelzen beim kontinuierlichen Arbeiten der Mischer und die Walzenpresse (Kompaktor) zu einer Einheit. Dabei entf&auml;llt die Granulation, denn dieser Zwischenschritt war ja nur dazu da, Entmischungen zwischen den separaten Vorg&auml;ngen &bdquo;Mischen&ldquo; und &bdquo;Kompaktieren&ldquo; zu vermeiden.
<h2>Verfahren kombinieren</h2>
Hersteller m&uuml;ssen sich nicht zwischen chargenweise und kontinuierlich entscheiden; beides l&auml;sst sich kombinieren. Ein Beispiel ist die Phosphorr&uuml;ckgewinnung aus Kl&auml;rschlammaschen mit anschlie&szlig;endem &Uuml;berf&uuml;hren in anwendungsbereite Phosphatd&uuml;nger (Phos4green-Verfahren): Das Aufbereiten der Suspension und der Aufschluss erfolgen im Batchverfahren; das Trocknen und die Aufbaugranulation der Suspension zu staubfreien, kompakten und rieself&auml;higen D&uuml;ngergranulaten laufen gleichzeitig und kontinuierlich.
Batch- und Contiprozesse zu mischen eignet sich auch f&uuml;r die biotechnische Impfstoffherstellung. &bdquo;Um das Risiko zu minimieren, setzen viele auf den Batchbetrieb&ldquo;, erl&auml;utert Gudrun Ding, Head of Business Development Process Technology, Glatt Ingenieurtechnik, Weimar. Sie verweist auf die &uuml;berschaubaren Volumina, auf leicht zu reinigende Beh&auml;lter mit kleinen Totr&auml;umen und auf Einwegvarianten. Nachgelagerte Schritte wie Reinigung, Konzentration und Endverpackung bieten sich dagegen f&uuml;r die kontinuierliche Prozessf&uuml;hrung an.
<h2>Langsames Umstellen bei Pharma</h2>
Wegen der hohen regulatorischen Anforderungen gilt der Pharmabereich als besonders konservativ. Unternehmen &uuml;berlegen es sich dreimal, bevor sie einen Prozess umstellen. Doch sieht beispielsweise Christoph Wabel, Leiter der Herstellung bei Pfizer in Freiburg, jetzt einen Aufbruch. &bdquo;Viele Beh&ouml;rden unterst&uuml;tzen dies und kl&auml;ren neue Standards mit uns im Dialog&ldquo;, sagt er.
In Freiburg hat er mit seinem Team die Produktion von Kapseln und Tabletten auf Continuous Manufacturing umgestellt (Abbildung). Im Ergebnis bedeutet dies mehr Prozesskontrolle und -verst&auml;ndnis sowie, verbunden damit, sicherere Fehlervermeidung. Das funktioniert in der Praxis folgenderma&szlig;en: Die Daten eines Durchflussmessers werden mit anderen prozessanalytischen Parametern und einer Auswertungssoftware kombiniert. Diese macht schnell erkennbar, wenn ein Prozess aus dem Ruder zu laufen droht. Dann werden rechtzeitig Gegenma&szlig;nahmen ergriffen. Bei Batchprozessen muss dagegen eine missratene Charge am Prozessende als OOS (out of specification) bewertet und verworfen werden.
Bei diesem Beispiel handelt es sich um Feststoffarzneimittelherstellung (Solidafertigung). In diesem Bereich gilt Continuous Manufacturing als schwierige Ausnahmedisziplin. Leichter l&auml;sst sich eine Fl&uuml;ssigarzneimittelproduktion (Liquidafertigung) umstellen. Bei Pfizer werden inzwischen schon Neuheiten gezielt auf ein sp&auml;teres Continuous Manufacturing hin entwickelt.
Eine Ausnahme bildet die Herstellung in Freiburg auch, weil sie so flexibel ist. W&auml;hrend in der Gro&szlig;chemie oder Lebensmittelbranche eine kontinuierliche Fertigung so lange wie m&ouml;glich l&auml;uft und erst bei Problemen gereinigt wird, f&auml;hrt Pfizer seine Anlage nach Tagen oder zumindest Wochen, zuweilen sogar t&auml;glich herunter, um sie f&uuml;r ein neues Produkt wieder hochzufahren. Dies zeigt: Eine kontinuierliche Produktion l&auml;sst sich sogar als Multi-Purpose-Anlage betreiben.
Generell bleibt die Pharmabranche vorsichtig. F&uuml;r eine durchgehend kontinuierliche Herstellung m&uuml;ssten zum Beispiel alle Lohnhersteller miteinbezogen werden. Zudem liefert die Pharmaindustrie im Vergleich zur Gro&szlig;chemie in der Regel einen kleineren Output. Da rechnet sich der regulatorische Aufwand f&uuml;r die Umstellung von Batch auf Conti nicht so schnell. Darum d&uuml;rfte es nach Einsch&auml;tzung von Wabel noch einige Jahre dauern, bis sich zwischen Pharmaindustrie und Beh&ouml;rden ein Einvernehmen etabliert hat, das die Umstellung dann beschleunigen wird.
<h2>Redundanz</h2>
Auch beim Continuous Manufacturing steckt der Teufel oft im Detail. L&auml;uft etwa ein Prozess kontinuierlich, wenn regelm&auml;&szlig;ig ein Filter zu wechseln ist? Liegt nicht vielmehr ein per se diskontinuierlicher Vorgang vor? F&uuml;r solche Detailfragen gibt es L&ouml;sungen &ndash; beispielsweise: Statt eines Einzelfilters l&auml;sst sich ein Filter-Revolver einbauen. &Auml;hnlich l&auml;sst sich generell mit ausfallgef&auml;hrdeten Teilen oder Teilprozessen verfahren: Das Unternehmen schlie&szlig;t die Kette, indem es redundante Systeme verwendet. F&auml;llt eines aus, wird es repariert, w&auml;hrend ein anderes seine Aufgaben &uuml;bernimmt.
<h2>Neue Prozessanalysentechnik</h2>
Eine weitere Voraussetzung f&uuml;r die Einf&uuml;hrung kontinuierlicher Prozesse ist die Analytik. Sie unterscheidet sich in einem wesentlichen Punkt von der diskontinuierlichen Produktion. Die Prozessanalysentechnik (PAT) ber&uuml;cksichtigt f&uuml;r das Continuous Manufacturing immer den zeitlichen Verlauf. Zum Beispiel bestimmt f&uuml;r einen Batch-prozess eine Waage eine Masse in Gramm; f&uuml;r einen kontinuierlichen Prozess liefert der Feststoffdosierer einen Massenstrom in Gramm pro Sekunde, also die erste Ableitung der Masse nach der Zeit. Mit PAT ist eine kontinuierliche Herstellung, wenn sie erst einmal l&auml;uft, nur noch zu &uuml;berwachen. Wenn die Prozesskette von A bis Z geschlossen ist, minimieren sich manuelle T&auml;tigkeiten im Umfeld der Anlage.
Damit reduzieren sich die Ber&uuml;hrungspunkte der Mitarbeiter mit potenziell gef&auml;hrlichen Stoffen. Zudem l&auml;sst sich beim Continuous Manufacturing der gesamte Prozess in ein Containment einhausen. Gef&auml;hrliche Zwischenprodukte sind in kleineren Mengen als bei Batchprozessen vorhanden, werden direkt weiterverarbeitet und k&ouml;nnen nicht nach au&szlig;en dringen. So bieten sich aus Arbeitsschutzgr&uuml;nden besonders kritische Prozesse wie Hydrierungen, Lithiierungen oder Nitrierungen f&uuml;r die kontinuierliche Herstellung an.
Christian Ehrensberger ist freier Mitarbeiter der Nachrichten aus der Chemie.

Prozesstechnik: Kesselkaskaden

Methanemission untersuchen | CH4 macht etwa 11 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen aus. Das Fraunhofer-Institut Umsicht will erforschen, wie sich Methanemissionen in Industrie und Technik verringern lassen. Dazu sucht es Unternehmen und Organisationen, die sich an der Studie beteiligen.Zum Aufruf: <a href="https://t1p.de/rywj" target="_blank">t1p.de/rywj</a>Wasserstoff in der Industrie | Den Aufbau der Forschungsplattform Wave-H2 fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 36 Mio. Euro über drei Jahre. Die „wandlungsfähige, energieflexible und vernetzte H2-Industrieforschungsplattform“ erstellen die Institute für Energieeffizienz in der Produktion und für Photovoltaik der Universität Stuttgart. Sie soll Wasserstofferzeugung, -speicherung, -wandlung und industrielle Nutzung maßstabgetreu untersuchen. Firmen können ihre Prozesse umrüsten und dort testen. MB

Forschen, fördern, mitmachen bei Wasserstoff und Methan

Der Essener Spezialchemiekonzern Evonik investiert in Revivo Biosystems. Das Start-up aus Singapur entwickelt ein Modell menschlichen Hautgewebes (Organ-on-a-Chip, Foto). Das System erzeugt eine Mikroumgebung, die berücksichtigt, wie menschliche Haut funktioniert – inklusive Blutfluss. Es simuliert, wie Haut und Substanzen wie Pflegeprodukte interagieren, und soll eine Alternative zu Tierversuchen sein. Foto: Evonik/Revivo<div position="anchor" content-type="graphic" xml:lang="en"><img position="anchor" id="jats-graphic-4" xlink:href="urn:x-wiley:18680054:media:nadc20224121181:nadc20224121181-gra-0002">

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Evonik mit Organ-on-a-Chip-System

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