Deutsches EnergieRohstoff-ZentrumTechnologien für das Nach-Erdölzeitalter

Informationen

www.energierohstoffzentrum.de Gefördert durch

High-Tech nutzen!Innovation schaffen.

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Energie- und Rohstoff-versorgung nachhaltig sichern.

Potenziale identifizieren!

Das Deutsche EnergieRoh-stoff-Zentrum Freiberg (DER) erforscht und entwickelt fort-schrittliche und nachhaltige Konzepte für die stoffliche und stofflich-energetische Nutzung fossiler und bio gener Energierohstoffe für das Nach-Erdölzeitalter.

Im Mittelpunkt steht die CO2-emissionsarme Gewin-nung von Chemieprodukten aus Kohle unter Mit-nutzung von Biomassen. Dabei wird die gesamte Innovationskette in der Energierohstoff-Forschung von den Grundlagen bis zur Kommerzialisierung ab gedeckt. Die Forschung im DER verbindet Wissen-schaft, Wirtschaft und Politik zur Schaffung und Implementierung innovativer Rohstofftechnologien.

DER Beitrag zur Energie- und Rohstoffwende

Die Mission der Initiative ist es, durch die Bündelung ex-zellenter Forschung, Schlüsseltechnologien in Deutschland auszubauen, nationale Energierohstoff-Kompetenzen zu bündeln und damit zur nationalen Energie- und Rohstoffver-sorgungssicherheit beizutragen:

• Steigerung des Exports innovativer Technologien und Sicherung von Wachstum und Beschäftigung in Deutsch-land.

• Reduktion der Importabhängigkeit von Öl und Gas.

• Know-How-Sicherung durch stetigen Ausbau von Forschung und Entwicklung.

• Aufrechterhaltung des Know-how-Verlusts in der Kohlechemie.

• Technologieführerschaft im Bereich der stofflichen Nut-zung von Kohle und Biomasse.

• Etablierung einer stoff- und energieeffizienten Koh-lechemie unter Einkopplung regenerativ erzeugten Wasserstoffs.

• Förderung von Qualifizierung und Weiterbildung im Rah-men einer Professional School.

• Erhöhung der gesellschaftlichen Akzeptanz der Kohle-chemie durch ganzheitliche Technologiebewertung und nachhaltiges Innovationsmanagement.

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das-der/initiative/profil

DER Begriff »EnergieRohstoff«

Der Bedarf an Primärenergieträgern steigt weltweit.

Erdöl und Erdgas haben im Gegensatz zu Kohle sehr begrenz-te Reichweiten. Kohle ist nicht nur ein wichtiger Rohstoff für die Energieversorgung, denn fossile und biogene Rohstoffe lassen sich vielmehr auch zur umwelt- und klimaverträgli-chen Erzeugung von Chemierohstoffen nutzen.

Erneuerbare Energiequellen werden mittel- und langfristig so viel Strom bereitstellen, dass die Kohle immer weniger verstromt werden muss. Infolge der Ablösung der Kohle aus der Stromversorgung und der thermischen Verwertung kann die am Strommarkt frei werdende Kohle für wertschöpfende-re und klimaverträglichere, d.h. nachhaltigere, Anwendungen verwendet werden.

Damit erfährt die Kohle einen deutlichen Wandel in ihrer Nutzung. An die Stelle einer derzeit dominierenden ener-getischen Nutzung durch Verstromung tritt die effiziente Erzeugung von Chemierohstoffen mit Hilfe einer innovativen CO2-armen Kohlechemie. High-Tech-Forschung dient damit der permanenten Effizienzsteigerung und CO2-Reduzierung einer wichtigen Brückentechnologie in der deutschen Ener-gieversorgung. Darüber hinaus erschließt diese Forschung auch eine alternative Kohlenstoffquelle und mindert so die Importabhängigkeit vom immer knapper und teurer werden-den Rohöl.

Die chemische Industrie benötigt auch in Zukunft Kohlen-stoff, welcher in Regionen mit begrenztem Biomassepo-tenzial nur fossil abgedeckt werden kann. Die Kohlechemie eröffnet die Chance, den Kohlenstoff z.B. aus einheimischen Braunkohlevorkommen subventionsfrei zu gewinnen und so die volkswirtschaftliche und politische Abhängigkeit von Öl- und Gasimporten zu überwinden. Dies gilt vor allem für deutsche Braunkohle, die eine besonders kostengünstige Kohlenstoffquelle für Chemierohstoffe darstellt und für diese Zwecke zur Verfügung steht, da sie im Energiekonzept der Bundesregierung auf lange Sicht als Energieträger nicht mehr vorgesehen ist .

Im Vergleich zur energetischen Kohlenutzung wird durch die stoffliche Nutzung der frei werdenden Braunkohle außerdem eine Reduktion um 50 % der CO2-Emission erreicht.

Das DER in FreibergReiche Zeche, Fuchsmühlenweg 9, D-09596 Freiberg

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Vielfalt der Kohle-nutzung erkennen!

Im Deutschen EnergieRoh-stoff-Zentrum (DER) werden Kompetenzen in der Energie-rohstoff-Forschung ausge-baut und das nationale Know-how gebündelt. Für diesen Ausbau und die Bün-delung des Wissens arbeiten im DER knapp 20 Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam an Technologien für das Nach-Erdölzeitalter.

Besonderheiten unserer Forschung

Das Zentrum ist Teil des Programms „Spitzenforschung und Innovation in den Neuen Ländern“ und wird vom Bundes-ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie vier Industriepartnern (Vattenfall Europe Mining & Generation, RWE Power, MIBRAG, ROMONTA) mit mehrstelligen Millio-nenbeträgen gefördert. Der Pilotcharakter des DER zeigt sich in der Verknüpfung von Ingenieur-, Natur und Wirtschaftswissenschaften und deren interdisziplinärer Kooperation. Die verschiedenen Forschungsinstitute arbeiten gemeinsam an der Etablierung einer CO2-emissionsarmen Kohlenstoffchemie. Dafür kommen neuste Verfahren zur ultrahochauflösenden bildgebenden Massenspektrometrie organischer Verbindun-gen zum Einsatz, die europaweit einzigartig sind. Ein we-sentliches Verfahren zur stofflichen Nutzung von Kohle und Biomasse ist die Vergasung, bei der die kohlenstoffhaltige Substanz in ein Synthesegas bestehend aus CO und H2 über-führt wird. Aus dem Synthesegas lässt sich eine Folgechemie in Analogie zum Erdöl aufbauen. Das Synthesegas dient z.B. der Herstellung chemischer Grundstoffe wie Methanol, Dimethylether, Ammoniak, Harnstoff, Essigsäure oder Oxo-Alkoholen.

Vorhandenes Wissen nachhaltig bündeln.

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das-der/initiative/ziele

Schwerpunkte im DER:

I. Strukturaufklärung von Rohstoffen • Aufdeckung der Zusammenhänge zwischen Struktur-

merkmalen von Energierohstoffen und dem Prozess-verhalten bei thermischer Konversion.

II. Entwicklung innovativer Werkstoffe • Entwicklung keramischer und metallischer Werkstoffe

für Vergasungsprozesse.

III. Entwicklung innovativer Vergasungsverfahren • Optimierung vorhandener Vergasungsverfahren und

Entwicklung eines Vergasungsverfahrens der dritten Generation.

IV. Bedingungen und Prinzipien nachhaltiger komplexer und innovativer Kooperations- und Netzwerkverbünde

• Erforschung und Gewinnung von verallgemeinerba-ren Organisations- und Managementprinzipien für erfolgreiche und langfristige strategische Allianzen im Wissenschaftsbereich.

V. Bedingungen und Erfolgsfaktoren des Wissenstrans-fers von Spitzenforschungszentren im Rahmen von Professional Schools

• Entwicklung von verallgemeinerbaren und erfolgsver-sprechenden Organisations- und Lehrprinzipien für die Angliederung einer Professional School im Hochschul-betrieb.

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AusblickWie prägen die organische Substanz und ihre physikalisch-chemische Zusammensetzung die Eigenschaften der Kohle bzw. Biomasse? Welchen Einfluss haben die strukturelle Kon-stitution und die mineralischen Begleitkomponenten auf die verfahrenstechnischen Eigenschaften der Kohle?

I. Strukturaufklärung von Energierohstoffen

ZieleBraunkohlen sind strukturchemisch äußerst heterogene Mehrkomponentensysteme. Der Rohstoff zeigt hinsichtlich seiner Verwertungseignung für mechanische, thermische oder chemische Veredlungsprozesse eine breite Palette unterschiedlichster Qualitätsmerkmale. Ihre Kenntnis und Quantifizierung ist Grundlage für eine sortengerechte Gewin-nung, insbesondere im Hinblick auf die stofflich chemische Nutzung.

Bishergie ErfolgeBasierend auf photometrischen Messungen wurden carbo-chemische Kennwerte ermittelt, welche die Prognose der Rohstoffqualität ermöglichen. Feste, flüssige und gasförmige Bestandteile von Energierohstoffen bzw. deren Konversions-produkte wurden u. a. durch komprehensive Gaschromato-graphie und hochauflösende Ultrahochleistungs-Massen-spektrometrie charakterisiert. Dabei wurden enthaltene Verbindungen quantifiziert, sowie durch Chemometrie bis dato unbekannte Verbindungen identifiziert. Neue Verfah-ren zur Stoffgruppenbestimmung wurden getestet und die Verbindungsklassen nach thermochemischer Konversion in Abhängigkeit der Prozessbedingungen ermittelt. Extrak-tions-, Pyrolyse- und Vergasungsprodukte wurden separiert und anhand neu entwickelter Algorithmen strukturchemisch charakterisiert.

II. Entwicklung innovativer Werkstoffe

ZieleDas Ziel besteht in der Auswahl metallischer und Entwicklung neuer bzw. modifizierter keramischer Werkstoffe. Dafür werden sowohl materialspezifische und technologische Aspekte für industrielle Anwendungen, als auch sicherheits- bzw. gesund-heitsrelevante Aspekte mitberücksichtigt. Es werden korrosions-träge, thermoschockbeständige, und alkaliresistente Werkstoffe entwickelt, die unter den Prozessbedingungen der Kohle- und Biomassevergasung hinreichende Langzeitstabilität aufweisen.

Bishergie ErfolgeFür die neu entwickelten thermoschock- und korrosionsbe-ständigen Oxid- und SiC-Keramiken wurden mehrere Patente angemeldet. Die Arbeiten zu korrosionsresistenten Feuerfest-werkstoffen wurden von einer international besetzten Fachjury mit dem Gustav-Eirich-Award ausgezeichnet.

Effiziente Lösungen nachhaltig entwickeln.

Technologische Expertise ausbauen!

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forschung/technik

AusblickErkenntnisse aus den Tests der entwickelten keramischen Legierungssysteme erlauben die zukünftige:• Bereitstellung neuer Werkstoffe für Vergasungsan-

lagen der nächsten Generation und die Übertragung der Erkenntnisse auf andere Hochtemperaturanlagen

• Standzeitverlängerung der Vergaserausmauerung• Systematische Erfassung der Korrosionsmechanismen

feuerfester Werkstoffe in Vergasungsanlagen in Abhän-gigkeit der Vergaserart und der verwendeten Einsatz-stoffe (Kohle- und Biomassesorten)

AusblickDie Suche nach alternativen effizienteren Eintragssystemen für Vergasungsreaktoren ist weltweit Gegenstand intensiver Forschung. Es ist angedacht, den entwickelten Prototypen als Eintragssystem für die Festbettvergasung zu testen.

Die Brennstoffvorwärmung mit Mikrowellen ermöglicht die Realisierung von Technologien mit höchster Energieeffizienz. Die Wärmeerzeugung erfolgt direkt im Produkt. Höhere Wär-meübertragungsraten bei homogener Wärmeverteilung er-höhen damit den Gesamtwirkungsgrad. Die Einstellung hoher Energiedichten direkt im Produkt ermöglicht die Konstruktion äußerst kompakte Systeme.

Die in-situ-Beobachtung und Analyse der Vorgänge an Feststoffpartikeln unter Vergasungsbedingungen ermöglicht die Aufklärung der Vorgänge an der Grenzfläche Partikel-Gasphase in reaktiven Atmosphären. Eine Präzisierung der Vergasungskinetik unter Berücksichtigung des Partikelver-haltens kann erfolgen.

III. Entwicklung innovativer Vergasungsverfahren

ZieleEs werden innovative Lösungsansätze zur1. apparativ-konstruktiven Verbesserung, 2. Erhöhung des Wirkungsgrades und zum 3. theoretischen Verständnis von Vergasungsprozessen

erarbeitet. Diese bilden die Basis für die Entwicklung neuer Vergasungs-technologien. Ziel ist die Bereitstellung von Technologien zur Nutzung der weltweit immer mehr an Bedeutung gewinnenden minderwertigen, niedrig-inkohlten und aschereichen Kohlen.

Bishergie ErfolgeEntwicklung, erfolgreicher Test und Patentanmeldung eines schleusenlosen, kontinuierlich arbeitenden Feststoffeintragssys-tems nach dem Prinzip einer Formkanalstempelpresse.

Entwicklung eines Mikrowellenapplikators, der am Eintragssys-tem implementiert wird, um sowohl eine mechanische Schwä-chung der Briketts, als auch eine innovative Brennstoffvorwär-mung zu realisieren.

Experimentelle Untersuchung des Primärpartikelzerfallverhal-tens beim Eintritt in heiße Gasatmosphären in Abhängigkeit von den Rohstoffeigenschaften.

Mit Hilfe von Hochtemperatur- und Hochdruck-XRD wurde die Bildung mineralischer Phasen in Kohleaschen und -schlacken in Abhängigkeit von Temperatur und Druck in-situ charakterisiert, was erhebliche Bedeutung für deren rohstoffspezifische tech-nische Verwertbarkeit hat. Es wurden potenzielle Keramiken zur Heißgasfiltration qualifiziert und metallische Legierungen für den Einsatz als hochbeanspruchte Sauerstoffdüsen bzw. für den Einsatz in Abhitzesystemen identifiziert. Zudem wurde ein keramischer Wärmetauscher auf SiC-Basis entwickelt.

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Wissen verbreiten.Know-how Transfer, Akzeptanz, Weiterqualifizierung nachhaltig fördern.

IV. Management von Kooperationsplattformen

Ein komplexes Gefüge an hochspezialisierten Partnern aus un-terschiedlichen Organisationen und Organisationskulturen führt bei F&E-Kooperationen oftmals zu Misserfolgen. Um dieses Scheitern zukünftig zu vermeiden, beschäftigt sich das DER mit dem Thema Innovationsmanagement in Forschungsverbünden der Ausgestaltung dieser virtuellen Kooperationen und rele-vanten Aspekten des Personalmanagements. Welche Organi-sationsstrukturen sind in diesem Kontext innovations fördernd? Welche Formen des Innovationscontrollings eignen sich in derartigen Kooperationen? Welche Geschäftsprozesse gibt es und wo können diese optimiert werden? Aber auch der Umgang mit Schutzrechten und dem neu geschaffenen Wissen und die adäquate Vermarktung und Akzeptanz der neuen Technologien sind zentrale Themen der Forschung.

Bisherige Erfolge (Auswahl):• Internationale Studie zu Best-Practice-Zentren der Kohle-

forschung mit Fokus auf Organisation, Finanzierung und Vernetzung

• Studie zu Chancen und Risiken des Personalaustauschs zwischen Wissenschaft und Industrie

• Zahlreiche internationale Forschungskooperationen zum Thema „Akzeptanz der Kohletechnologien“

• Booklet zum Umgang mit Geistigem Eigentum, speziell für Wissenschaftler in Forschungskooperationen

Erfahrungen mit virtuellen Teams

Führung

Weiterbildung Hoch

Sehr Hoch

Prozesse undStandards

Personal-management

Organisations- kultur

Kommunikations-technologien

Übertragbareund relevanteFaktoren

Bed

eutu

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Erfolgreiches Management in virtuellen Forschungskooperationen

Wie unsere Forschung zeigt, gibt es sieben entscheidende Er folgs faktoren in virtuellen Forschungskooperationen, deren Bedeutung hoch bis sehr hoch ist. Diese Erfolgsfaktoren gelten generell unabhängig von der räumlichen Distanz. Allerdings neh-men einzelne Teilaspekte wie Kommunikationsstandards, eine vertrauensvolle Teamatmosphäre, die Identifikation mit dem Projekt und die Anerkennung der Projekterfolge mit steigender räumlicher Distanz stark ab, während andere Faktoren wie z.B. die Unklarheit über die Einstellung der Projektleitung und die Anerkennung der Forschungserfolge mit steigender räumlicher Distanz zunimmt. Für eine erfolgreiche Kooperation ist somit ein abgestimmtes und differenziertes Management notwendig.

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Positiv

NegativVor FukushimaNach Fukushima

Neutral

Nuklear Kohle Gas Biomasse Solar Wind

V. Konzeption von Professional Schools

Um das neu geschaffene Wissen schnell in die Anwendung zu tragen und dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken, ist es notwendig, Lehrelemente und -angebote zu schaffen, die auf Partner aus Industrie und Praxis ausgelegt sind. Gleichzeitig müssen diese Weiterbildungskonzepte so gestaltet sein, dass sie sinnvoll in die Kooperationslandschaft eingebettet sind und entsprechende Qualitätsmaßstäbe gewahrt werden. Aus diesem Grund untersucht das DER alternative Formen, wie eine Weiter-bildungseinrichtung für Experten in die Hochschule integriert werden kann. Dazu gehören neben Aspekten der Finanzierung und des Managements des Lehrpersonals, auch die Untersu-chung einer lernfördernden Umgebung und die Analyse von Marketingkonzepten für derartige Einrichtungen.

Bisherige Erfolge (Auswahl)• Markt- und Wettbewerbsanalyse von Professional Schools in

Deutschland• Internationale Studie zum Marktpotenzial einer Professional

School im Bereich der stofflich-energetischen Nutzung von Kohle (Fokus ehemalige GUS-Staaten)

• Konzeptionelle Entwicklung von Kursangeboten

Bedeutung der Akzeptanz von Kohletechnologien

Unsere Studien zur Akzeptanz der Kohle in Frankreich, Deutschland, Türkei, Russand und China kommen zu folgen-den zentralen Ergebnissen:

Das Image der Kohle ist in der Großzahl der untersuchten Ländern negativ bis sehr negativ. Nach unseren Erkennt-nissen werden die Einstellungen bereits in früher Jugend geprägt, weitgehend unabhängig von Demographie (z.B. Geschlecht oder Ausbildung). Selbst nach einer schweren Katastrophe (wie z.B. Fukushima) bleiben diese Einstellungen zu den Energie- und Rohstoffträger weitgehend unverändert.

Initialstudie(TUBAF)

Vergleich unter-schiedlicher Stich-

proben(Ing, BWL, FK)

Internationalisierung der Studie(Deutschland, Russland,

Türkei, China, Frankreich)

Vor-nach Fukushima(TUBAF)

Mixed-Method-Ansatz:Vergleichsstudie

Frankreich–Deutschland

China

Frankreich

Russland

Türkei

Deutschland

Übersicht bisheriger Arbeiten

www.energierohstoffzentrum.de/ forschung/wirtschaft

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Leitung

Beteiligte Forschungseinrichtungen

Projektkoordination

Die Aufgebaute F&E Kompetenz nachhaltig einbinden.

Das DER-Team ansprechen!

Prof. Dr.-Ing. Bernd MeyerVorsitzender und Sprecher (wiss. Verantwortung für technische For-schungslinien)

IACProf. Dr. Matthias Otto

DBFZProf. Dr.-Ing. Frank Scholwin

IECProf. Dr.-Ing. Bernd Meyer

FHG IKTSProf. Dr. Alexander Michaelis

IGProf. Dr. Norbert Volkmann

FZ JülichProf. Dr.-Ing. Lorenz Singheiser

IKGBProf. Dr.-Ing. Christos Aneziris

IET VWSProf. Dr.-Ing. Michael Beckmann

ITUNProf. Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke

IET WKETProf. Dr.-Ing. Antonio Hurtado

UPProf. Dr. Michael Nippa

ZIK Virtuhcon

Prof. Dr. Michael NippaStellv. Vorsitzender und stellv. Sprecher (wiss. Verantwortung für wirtschaftswissenschaftliche Forschungslinien)

Dr.-Ing. Heiner Gutte(wiss. Projektkoordination) heiner.gutte@der.tu-freiberg.de

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Das DER-Team.Technologien für das Nach-Erdölzeitalter.

„Energiewende ohne Ende.“Fachkolloquium auf dem Berg- und Hüttenmännischen Tag 2013

F&E-Netzwerke, Initiativen und Veranstaltungen (Auszug)

• Initiierung der Freiberger Zukunftsgespräche 2012 „Energiewende. Mission (Im)possible?“

• Gründung und Herausgeber der wissenschaftlichen Zeit-schriftenreihe „DER Working Paper Series“

• Gründung des dbi:bergakademie

• Extension zur Konferenz der Strategic Management Soci-ety (SMS) in Freiberg 2012

• Fachkolloquium „Energiewende ohne Ende“ auf dem Berg- und Hüttenmännischen Tag (BHT) in Freiberg 2013

• Zwanzig20-Forum „Innovation in Carbon“

• Energie-Rohstoff-Netzwerk (ERN)

• Mitorganisation der International Freiberg Conferences on IGCC & XtL Technologies

www.energierohstoffzentrum.de/media

www.tu-freiberg.de

Kontakt

Reiche ZecheFuchsmühlenweg 9D-09596 Freibergwww.energierohstoffzentrum.de

Dr.-Ing. Heiner GutteTel.: +49 (0) 37 31 / 39-44 98Fax.: +49 (0) 3731/ 39-45 55E-Mail: heiner.gutte@der.tu-freiberg.de

PresseanfragenSilke GloaguenTel. +49 3731/ 39-44 87Fax +49 3731/ 39-45 55E-Mail: silke.gloaguen@der.tu-freiberg.de