Über den ProcessNet-Zukunftsprozess

ProcessNet ist die deutsche Plattform für Verfahrenstechnik Chemieingenieurwesen und Technische Chemie. Hier treffen sich über 5.000 Mitglieder aus Wissenschaft, Wirtschaft und Verwaltung, um Erfahrungen auszutauschen, aktuelle Fragestellungen zu diskutieren und neue wissenschaftliche Trends zu identifizieren. ProcessNet ist eine gemeinsame Initiative von DECHEMA und VDI-GVC.

In einer Vielzahl thematisch gegliederter Gremien diskutieren Experten über alle möglichen verfahrenstechnischen Themen. Doch große Zukunftsfragen von übergeordneter technischer und gesellschaftlicher Bedeutung bedürfen auch einer übergeordneten Diskussion. Das sollte beim ProcessNet-Zukunftsworkshop Anfang Juni 2013 geschehen. 70 Experten aus ProcessNet, aber auch aus anderen Fachbereichen und Organisationen beschäftigten sich dort damit, welche globalen Herausforderungen uns bevorstehen und was die Verfahrenstechnik im Zusammenspiel mit anderen Disziplinen dazu beitragen kann.

Die Diskussion wurde anhand von vier globalen Megatrends strukturiert. Daraus wurden jeweils ein bis zwei Themencluster ausgewählt, die intensiv betrachtet werden:

  • Rohstoffe: 1. die effiziente Gewinnung, Aufbereitung, Konditionierung und Veredelung von Rohstoffen sowie 2. Recycling und Wertstoffkreisläufe, inkl. Dissipation
  • Energie und Mobilität: 1. Energieumwandlung und Speicherung sowie 2. Energieeffizienz verfahrenstechnischer Prozesse
  • Wasser: Effiziente Bereitstellung, Konditionierung und Kreislaufführung von Wasser für industrielle Prozesse
  • Gesundheit und Ernährung: Bereitstellung von gesunden und sicheren Nahrungsmitteln

Beim ProcessNet-Zukunftsworkshop wurden zahlreiche Handlungsfelder innerhalb der sechs Themencluster diskutiert. Die Übersicht finden Sie hier.

  1. Themencluster Effiziente Gewinnung, Aufbereitung, Konditionierung und Veredlung von Rohstoffen
    1. In situ processing von Kohlenstoffquellen
    2. Direktaktivierung von Alkanen
    3. Selektive Trenntechnik mineralischer Rohstoffe
    4. Kombinierte Kohlenstoff- und Metallgewinnung
    5. Know-How-Erhalt/-Ausbau (als Querschnittsthema über alle Handlungsfelder)
  2. Themencluster Recycling und Wertstoffkreisläufe
    1. Gruppe A: Verbrennungsaschen / Flugaschen
    2. Gruppe B: Schlacken
    3. Gruppe C:Verbundwerkstoffe
    4. Gruppe D: Katalysatoren
    5. Forschungsthema Trennverfahren chemisch/physikalisch
    6. Forschungsthema Monitoring/Analytik
    7. Forschungsthema Massenbilanzierung/Flow Sheeting
    8. Forschungsthema Genehmigungsrechtliche Fragen und technische Vorgaben
  3. Themencluster Energieumwandlung, -speicherung und -nutzung
    1. Stationäre Systeme: Umgang mit „Überschussstrom“
    2. Stationäre Systeme: Dezentrale Erzeugung und industrielle Nutzung
    3. Stationäre Systeme: Kraftwerke
    4. Mobile Systeme: Treibstoffe für Verbrennungsmaschinen/Aviation
    5. Mobile Systeme: Elektromobilität
  4. Themencluster Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse
    1. Effizienzsteigerung durch Modularisierung und Funktionsintegration
    2. Prozessdesign für fluktuierendes Rohstoff- und Energieangebot
    3. Elektrifizierung chemischer Prozesse: Potentiale elektrischer Energie für chemische u. biotechnologische Prozesse
    4. Effizienzsteigerung mehrphasiger Prozesse für alternative Substrate
    5. Optimierungsmaschine: MSR/Sensoren + Chemical Imaging
  5. Themencluster Wasser
    1. Integriertes Wasser-, Stoff- und Energiemanagement (Umsetzung u. Bewertung, footprints)
    2. Dynamische Wasseraufbereitungsprozesse (Entwicklung, Simulation, Modellierung, Messung, Steuerung, Optimierung)
    3. Emissionsarme Produktion vs. Zero Liquid Discharge (ZLD) (abwasserfreie Produktion)
    4. Anpassung des Wassermanagements bei veränderter industrieller Produktion (z.B. industrielle Biotechnologie)
    5. Ausbildung und Qualifizierung (praxisnah) von Fachkräften und wissenschaftlichem Nachwuchs
  6. Themencluster Gesundheit und Ernährung
    1. Handlungsfeld Reststoffe
    2. Handlungsfeld Dezentrale Anlagentechnik
    3. Handlungsfeld Proteine und Spuren aus Pflanzen und anderen Quellen
    4. Handlungsfeld Intelligente, funktionale und nachhaltige Verpackungen
    5. Sonstige Handlungsfelder:
      1. Individuelle, bedarfsorientierte Nährstoffversorgung
      2. Schnellnachweis pathogener Mikroorganismen

Die Themenfelder werden seither in unterschiedlicher Form weiter bearbeitet. Zwischenergebnisse veröffentlichen wir in loser Folge hier im Blog.

Eine Antwort zu Über den ProcessNet-Zukunftsprozess

  1. Jörg Wörner schreibt:

    Qualitative Sortierung der täglichen Anteile
    der Erneuerbaren Energien „Wind+Sonne“
    an der Strombereitstellung in den Jahren 2012/2013

    Wind und Sonne 2013: seit März gewinnen ihre Strombeiträge an Bedeutung

    Im Jahr 2012 war der Beitrag der Erneuerbaren Energien zum Stromverbrauch in Deutschland auf 23% angestiegen. Die Wetter-bestimmten Beiträge der Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen betrugen dabei monatlich durchschnittlich 6,5 Milliarden Kilowattstunden, im gesamten Jahr 75 Milliarden Kilowattstunden. Dies entspricht 14% des Gesamtstromverbrauchs in Deutschland.
    Bei genauerer Betrachtung fallen Monate mit über- oder unterdurchschnittlichen (W+S)-Wind+Sonne- Beiträgen auf. Im Januar und im Dezember waren die Beiträge der Windräder auffallend hoch: 7 und 6 Terrawattstunden (TWh; 1 Terrawattstunde entspricht 1 Milliarde Kilowattstunden). Die Photovoltaik-Beiträge waren Einstrahlungs-bedingt und deshalb erwartungsgemäß in den 4 Wintermonaten sehr niedrig: der Gesamtertrag in den Monaten November/Dezember und Januar/Februar belief sich auf 3,2 TWh. In den Übergangsmonaten sind die Einzel-Beiträge von W+S sehr ausgeglichen, in den Sommermonaten Mai bis August überwiegen die Beiträge der Photovoltaik.
    Mit dem Jahreswechsel waren die Beiträge aufgrund der bewölkten und windarmen Witterung sehr niedrig: im Januar 2013 wurden 5,3 TWh und im Februar nur 3,9 TWh von beiden Techniken eingespeist. Die einzelnen Tagesbeiträge waren deshalb überwiegend unterdurchschnittlich: an insgesamt 29 Tagen war die Einspeisung gering (Spalte 3) und davon an 17 Tagen sehr gering (Spalte 4). Lediglich an 20 Tagen (Spalte 1) waren die Beiträge knapp überdurchschnittlich, ausgelöst durch sehr gute Windbedingungen bzw. geringe Nachfrage. An 10 Tagen (Spalte 2) lagen die Beiträge bis zu einem Drittel unterhalb des Durchschnitts.
    Anzahl Tage
    (als Anteil W+S/in %)
    1 2 3 4
    Überdurch-
    schnittlich durchschnittlich Gering-bis 60% sehr gering-ca. 30%

    Januar 13 13 3 15 9
    Februar 13 7 7 14 8
    März 13 16 7 8 1
    April 13 21 7 2 0

    Mit dem Frühjahrsbeginn im März änderten sich die Wetterbedingungen für eine erfolgreiche Stromeinspeisung von W+S: an 37 Tagen (Spalte 1) lagen die Beiträge über dem Durchschnitt, also fast doppelt so viele wie in den ersten beiden Monaten, an 14 Tagen (Spalte 2) lagen die Beiträge knapp unterhalb des Durchschnitts. Geringe Beiträge gab es lediglich an 10 Tagen (Spalte 3), davon war nur einer sehr gering (Spalte 4). Die Monatsmittelung lag damit knapp oberhalb des letztjährigen Durchschnitts. Die summierten Einspeisebeiträge von W+S betrugen 7 und 6,5 TWh für die Monate März und April 2013.
    Mit dieser Analyse als Grundlage lassen sich ausgezeichnet viele öffentlich gestellte und diskutierte Fragen der Stromspeicherung und der Vernetzung von Erneuerbaren und Konventionellen Stromgestehungsfragen voranbringen: gibt es bei der derzeit gegebenen installierten Leistung schon ausreichende Strommengen, die den Aufbau von großen Speicherkapazitäten rechtfertigen? Wie ergänzen sich die unterschiedlichen Techniken? Fachleute, die sich intensiv auf den Fachgebieten der Elektrotechnik, der Chemie und der Physik dieser Fragestellung auch mithilfe von Simulationsmodellen nähern, kommen zum Ergebnis, dass bei 40%-iger Stromabdeckung durch die Erneuerbaren Energien große Speicher erforderlich werden. Wie oben erwähnt, sind diese statistischen Angaben immer eine Mittelung aus schwankenden Strommengen der Strombereitstellung. Wichtig ist aber bei dieser Betrachtung, dass die beiden Erneuerbaren „Wind+Sonne“ zwischen wenigen Prozentpunkten von 2 bis 5 bis hoch zu knapp 50% wechseln. Ebenso wichtig ist bei dieser Betrachtung auch die Stromnachfrage, die großen Schwankungen unterliegt. Betrachtet man die Ergebnisse des ganzen letzten Jahres (2012), dann erhält man das Ergebnis, dass die Beiträge von W+S an 27 Tagen oberhalb von 40% lagen. Das ist aufsummiert ein Monat. Zusätzliche stundenweise Überschreitungen an Wochenenden aufgrund geringer Nachfrage, ergänzt diese Aufrundung. Diese Auswertung zeigt deutlich, dass der Weg zur Energiewende noch ein langer sein wird. Die Deckelung des Ausbaus von Photovoltaik wird die Anforderungen an das Gesamtvorhaben der Energiewende nicht voranbringen. Zwar werden zukünftig auch andere Mechanismen wie das Einspeisegesetz mit Förderumlagen notwendig werden, aber diese sollten ehrgeizig angegangen werden.
    So wie bisher das konventionelle System im Wesentlichen die Gesamtstabilität der Stromversorgung sicherstellt, so werden bei zunehmendem Anteil der Erneuerbaren diese die Systemrelevanten Sicherheiten bereitstellen müssen.
    Der Schlüssel für ausreichend Energie liegt dort, wo anforderungsgerecht zentrale und dezentrale Strombereitstellung nebeneinander zum Einsatz kommen. Wind und Sonne – am besten summarisch als Wind+Sonne (W+S) betrachtet – spielen dabei als Erneuerbare Energie-Techniken eine zentrale Rolle. Im Falle der Photovoltaik werden bevorzugt 2 Varianten eingesetzt: Dächer bewohnter Siedlungen und Freiflächen, die für Wohnbebauung vorzugsweise nicht in Frage kommen (wegen Lärm, Industrie oder ungünstige Bodenbeschaffenheit). Ferner spielen die Wetterbedingungen eine wesentliche Rolle: (zu geringe) Jahreseinstrahlung aufgrund der geografischen Breite und (zu hohe) Trockenheit, welche zu Staubablagerungen führt. Ferner zeigt sich für Deutschland, dass die monatliche Addition der eingespeisten Strommengen beider Techniken „Windkraft und Photovoltaik“ eine sehr zuverlässige Strommenge gewährleistet. (z.B. im Jahr 2012 ca. 6,5 Terrawatt-stunden pro Monat) Mit zunehmendem Ausbau der beiden Techniken ist zu ihrer Ergänzung der Aufbau der Speichertechnik wichtig, denn die Häufigkeit von „Stromüberschuss-Bedingungen“, die derzeit aufsummiert bei ca. 1 Monat im Jahr liegt, wird zunehmen. Derzeit liegen diese Bedingungen im Wesentlichen an Wochenenden oder Feiertagen aufgrund schwacher Nachfrage vor, stark bevorzugt (50%) an windigen Wintertagen oder im Sommer zwischen 10 und 15 Uhr.
    Diese Angaben beruhen auf Auswertungen von transparenten Strombörseangaben. Solche Auswertungen wurden vom Fraunhofer ISE Freiburg bereits für die letzten beiden Jahre vorgenommen und veröffentlicht. Der BDEW nutzt diese Angaben ebenso für seine Auswertungen. Sie lassen sich ohne weiteres auch auf die Ebene der Kreise übertragen. Diese Aufgabe könnte z.B. im MKK in Zusammenarbeit mit der neu gegründeten Gesellschaft der Main-Kinzig-Werke vorgenommen werden: die Naturenergie Main-Kinzig GmbH, eine Tochter der Kreiswerke, der Offenbacher Energieversorgung und der Juwi-Gruppe (Wörrstadt/RLP).
    Die oft angeführte Speicherung von Überschuss-Strom kommt bisher keineswegs zum Tragen. Vielmehr ist die Strombereitstellung der volatilen Energietechniken einerseits durch Mangel während der vier Wintermonate und andererseits durch 75% konventionelle Stromtechnik charakterisiert. Überschuss-Strom ist lediglich an wenigen Tagen mit sehr viel Windenergie und an wenigen Stunden um die Mittagszeit feststellbar, wenn starker Sonnenschein und geringe Nachfrage (an Wochenenden und Feiertagen) zusammenkommen. Es stellt sich deshalb die wichtige Frage, ob und wann die „Kohlenwasserstoff-Chemie/Raffinerietechnik“ Wasserstoff auf Basis Erneuerbarer, volatiler Energietechnik herstellen, einsetzen und vermarkten wird. Diese Technik wird dann je nach Nachfrage-Situation Strom oder Brennstoffe liefern, die ihrerseits im Verkehr oder zur Stromerzeugung eingesetzt werden.

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