Methodik zur schnellen Bewertung von Syntheserouten auf Basis von Exergiebilanzen

Heutige chemische Produkte basieren fast ausschließlich auf erdölbasierten Rohstoffen. Aufgrund weltweiter Bemühungen, die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen zu reduzieren, wird in den letzten Jahren verstärkt die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen wie Biomasse oder CO2 erforscht. Die alternativen Kohlenstoffquellen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Stoffeigenschaften teilweise deutlich von fossilen Rohstoffen. Aus diesem Grund müssen Syntheserouten und darauf aufbauende Prozesse neu entwickelt werden. Da zum einen sehr viele Syntheserouten prinzipiell denkbar sind und zum anderen die Entwicklung der entsprechenden Prozesse aufwendig ist, wird eine Möglichkeit benötigt, begrenzte Entwicklungsressourcen sinnvoll zu steuern. Dazu sollte bereits in einem frühen Entwicklungsstadium ein quantitativer Vergleich der Syntheserouten erfolgen, um diejenigen zu identifizieren, die das größte wirtschaftliche Potential versprechen.
In diesem Vortrag wird eine Methodik vorgestellt, um eine schnelle erste, auf Exergie basierte Bewertung des wirtschaftlichen Potentials einer Syntheseroute bereits in einem frühen Entwicklungsstadium durchzuführen, in dem nur wenige Informationen vorliegen. Die Idee der Methodik ist, Syntheserouten in standardisierten Prozessen abzubilden, wodurch eine automatisierte Auswertung und somit ein schnelles Screening möglich wird. Die standardisierten Prozesse umfassen sowohl den Einfluss der Reaktion durch Abbildung der Reaktionsbedingungen, Stöchiometrie, Umsatz und Selektivität als auch die Auswirkungen der Trennaufgabe. Ebenso berücksichtigt wird die Rückführung von Lösungsmitteln und ggf. nicht umgesetzten Edukten. Als zentrale Bewertungsgröße zur Abschätzung des wirtschaftlichen Potentials wird eine Kombination aus Exergie- und Rohstoffeinsatz herangezogen. Der Vorteil von Exergiebilanzen gegenüber Energiebilanzen ist, dass die Produktion von Entropie berücksichtigt wird und so die Auswirkungen einzelner Prozessschritte untersucht und zwischen verschiedenen Energieformen unterschieden werden kann. Durch Berechnung der Exergieverluste, also der Verluste von Exergie aufgrund von Entropieerzeugung in den Prozessen, ergibt sich ein quantitativer Vergleich verschiedener Syntheserouten.