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Kohle, Öl, Erdgas und dann? Rohstoffwandel in der Energie- und Verfahrenstechnik Prof. Wolfgang Marquardt.

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Präsentation zum Thema: "Kohle, Öl, Erdgas und dann? Rohstoffwandel in der Energie- und Verfahrenstechnik Prof. Wolfgang Marquardt."—  Präsentation transkript:

1 Kohle, Öl, Erdgas und dann? Rohstoffwandel in der Energie- und Verfahrenstechnik Prof. Wolfgang Marquardt

2 Rohstoffwandel, 12.05.2009 2 Produkte des täglichen Lebens

3 Rohstoffwandel, 12.05.2009 3 Arbeitsmittel und Ausgangsmaterialien für weitere Verarbeitungsstufen in der Produktion Erdöl Kohle Erdgas Eisenerz … Ausgangspunkt der Produkte sind Rohstoffe Energierohstoffe Nicht-Energierohstoffe

4 Rohstoffwandel, 12.05.2009 4 Rohstoffe im Wandel der Zeit Steinzeit: Bis ca. 8000 v. Chr. Bronzezeit 3000-1000 v. Chr. Eisenzeit 1000 v. Chr … Rohstoffe haben bei der Entwicklung der Menschheit schon immer eine große Bedeutung gehabt. www.ludenhausen.de

5 Rohstoffwandel, 12.05.2009 5 Rohstoffwandel: Holz Kohle Kohle hat einst Holz als Energierohstoff abgelöst. Warum kam es zum Rohstoffwandel ? Industrialisierung (ab 18. Jh.) Dampfmaschine stark wachsende Bevölkerung

6 Rohstoffwandel, 12.05.2009 6 Synthesegas-Chemie SynGas Methanol H2H2 Alkane … Kohle Ethanol Kraftstoff Ammoniak

7 Rohstoffwandel, 12.05.2009 7 Synthesegas aus Kohle Dampfreforming partielle Oxidation 20-30 bar 600-1000°C H.-J. ARPE, Industrielle organische Chemie (2007)

8 Rohstoffwandel, 12.05.2009 8 Zeitskala der Rohstoffe 185019001950200020501800 Kohle Biomasse Nutzung

9 Rohstoffwandel, 12.05.2009 9 Rohstoffwandel: Kohle Erdöl Erdölboom in der Energieversorgung Automobil Luftfahrt Raumheizung … Erdöl wurde sehr günstig Erdöl vereinfacht die Verfahrenstechnik zur Herstellung C- und H- haltiger Produkte Luigi Chiesa

10 Rohstoffwandel, 12.05.2009 10 Synthesegas-Chemie SynGas Methanol H2H2 Alkane … Kohle Erdöl Ethanol Kraftstoff Ammoniak

11 Rohstoffwandel, 12.05.2009 11 Synthesegas aus Erdöl Dampfreforming partielle Oxidation Frankie80337

12 Rohstoffwandel, 12.05.2009 12 Zeitskala der Rohstoffe 185019001950200020501800 Erdöl Kohle Biomasse Nutzung

13 Rohstoffwandel, 12.05.2009 13 Rohstoffwandel: Erdöl Erdgas Erdgas ist u.a. Nebenprodukt der Erdölherstellung Steigende Energiepreise, bessere Rohstoffnutzung, Erschließung neuer Rohstoffquellen Mehr Wasserstoff im Synthesegas Methan inflationdata.com Dirk Ingo Franke

14 Rohstoffwandel, 12.05.2009 14 Synthesegas-Chemie SynGas Methanol H2H2 Ethanol Kraftstoff Ammoniak Alkane … Kohle Erdöl Erdgas

15 Rohstoffwandel, 12.05.2009 15 Synthesegas aus Erdgas Dampfreforming 820-900°C, 20-30 bar partielle Oxidation 1350-1500°C, 40-60 bar Frankie80337

16 Rohstoffwandel, 12.05.2009 16 Zeitskala der Rohstoffe 185019001950200020501800 Erdöl Erdgas Kohle Biomasse Nutzung

17 Rohstoffwandel, 12.05.2009 17 Und jetzt…? Gründe für einen neuen Rohstoffwandel Klimawandel / CO 2 -Problematik Verfügbarkeit und Preis von Erdöl/Erdgas inflationdata.com Global Atmosphere Watch - Hawaii

18 Rohstoffwandel, 12.05.2009 18 Klimawandel NASA

19 Rohstoffwandel, 12.05.2009 19 Ölfördermaximum Association for Peak-Oil Studies

20 Rohstoffwandel, 12.05.2009 20 Reichweite (dynamisch) Fayazz et al., 2009

21 Rohstoffwandel, 12.05.2009 21 Biomasse Verschiedene Formen von Biomasse grüne Biomasse Algen holzartige Biomasse © Queryzo

22 Rohstoffwandel, 12.05.2009 22 Besonderheiten der Biomasse hoher Wassergehalt aufwändige Trocknung niedrige Energiedichte hohe Transportkosten hoher Sauerstoffgehalt aufwändigere Umwandlung niedriger Energiegehalt Deoxigenierung zur Einstellung des C/O- Verhältnisses © Darkone © Markus Hagenlocher

23 Rohstoffwandel, 12.05.2009 23 Sauerstoff- und Wasserstoffgehalt 2 0,5 1,5 1 0 O / C 0,20,40,60,8 Roh-Erdöl Cellulose Hemicellulose Lignin Asphalte u. Bitumen Anthrazite Holz Torf Braunkohlen Lignitische Braunkohlen bitumenreiche Braunkohlen Lignitische Steinkohlen Steinkohlen Inkohlungsgrad Glucose Xylose Erdgas 4 Machhammer BASF H / C

24 Rohstoffwandel, 12.05.2009 24 Synthesegas-Chemie SynGas Methanol H2H2 Alkane … Kohle Erdöl Erdgas Biomasse Ethanol Kraftstoff Ammoniak

25 Rohstoffwandel, 12.05.2009 25 University of South Carolina Synthesegas aus Biomasse z.B. Cellulose Dampfreforming partielle Oxidation 700-800°C

26 Rohstoffwandel, 12.05.2009 26 Stoffliche Biomassenutzung Synthesegas Fermentation Bier, Wein,... Phytoextraktion und ggf. katalytische Umwandlung pharmazeutische Wirkstoffe,...

27 Rohstoffwandel, 12.05.2009 27 Zeitskala der Rohstoffe 185019001950200020501800 Erdöl Erdgas Kohle Biomasse ? ? ? Nutzung

28 Rohstoffwandel, 12.05.2009 28 Nutzungskonkurrenz - Preisanstieg bei Lebensmitteln IAO 2008 Angebots- und Nachfragesituation Wetterabhängigkeit Wohlstandswachstum

29 Rohstoffwandel, 12.05.2009 29 Weitere Steigerung der Anbauflächen?

30 Name der Präsentation, 20.03.2008 30 Intensivierung der Landwirtschaft brachliegende Ackerflächen können Bedarf bei weitem nicht decken Umwandlung von Wildnis in Ackerflächen Artensterben, Biodiversität! Umwandlung setzt große Mengen CO 2 frei © Christian Ziegler 1 Fargione et al. 2008

31 Rohstoffwandel, 12.05.2009 31 Wasserverbrauch der Landwirtschaft 69% des Welt-Wasserbrauchs für Bewässerung davon 15-35% mit nicht nachhaltiger Nutzung Klimawandel WBCSD Water Facts & Trends Aralsee Vorhersage für 2071-2100 im Vergleich zu 1961-1990

32 Rohstoffwandel, 12.05.2009 32 Algen als Alternative ? landgestützte Algenzucht mit hoher Energieausbeute pro Fläche kann auch in Wüsten betrieben werden Aufzucht in Salzwasser möglich aber viele verfahrenstechnische Frage offen Wasserabtrennung... Ralf Wagner NREL

33 Rohstoffwandel, 12.05.2009 33 Energetische und stoffliche Nutzung Öl Gas 2 % Kohle nachwachsende Rohstoffe Gesamt- verbrauch: ~ 20 Mt / a 11 % 76 % 93 % Energie 7 % Chemie Raffinerie Öl Machhammer BASF Weltförderung Erdöl (2005): 4.830.000.000.000 l/a 750 l/(Kopf a) Ölverbrauch nach Sektoren Transport Industrie Haushalte www.peakofoil.de

34 Rohstoffwandel, 12.05.2009 34 Biokraftstoffe (der 1. Generation) große Produktionsmengen im Aufbau Konkurrenz mit der Nahrungskette keine zufriedenstellenden Wirkungsgrade keine ausreichende Reduzierung des CO 2 -Footprints

35 Rohstoffwandel, 12.05.2009 35 2. und 3. Generation von Biokraftstoffen Biomasse (ganze Pflanze) Tailor-Made Fuel (Moleküle mittlerer Größe) Selektive (bio-)chemische Synthese Synthesegas (CO, H 2 ) Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe Vergasung Fischer-Tropsch Synthese Alkohole Wasser/Alkohol- Mischung Fermentation Trennung 2. Generation 3. Generation

36 Rohstoffwandel, 12.05.2009 36 Kraftstoff - ein Freiheitsgrad der Verbrennung mittlere Teillast dieselartige Kraftstoffe konventioneller Diesel- Motor Teilweise homogene Verbrennung mit n-Heptan 020406080100 0 20 40 60 80 100 Referenz (min. Ruß) Rel. NO x -Emission [%] Referenz (min. NO x ) Rel. Partikelemission [%] -70 % -50 % Kerosin Standard-Diesel Potential: zukünftiger Kraftstoff ohne Emissionen

37 Rohstoffwandel, 12.05.2009 37 Kraftstoffkomponenten z.B. CO, CH 4 1 10 100 1000 10000 Biopolymere C-Atome Traditioneller Ansatz Bewahrung der Syntheseleistung der Natur Prozessstufen Tailor-Made Fuel

38 Rohstoffwandel, 12.05.2009 38 Kraftstoffmoleküle aus Biomasse Struktur- Eigenschafts- Beziehungen Berechnung der Kraftstoffeigenschaften Verbrennungs- motor Einfluss auf die Verbrennungs- eigenschaften Ermittlung optimaler Molekülstrukturen Unser integrierter Ansatz

39 Rohstoffwandel, 12.05.2009 39 Selektive Umwandlung von Biomasse in Plattformchemikalien Plattform Chemikalien Monomere Itakonsäure Direct fermentation Biomasse Grüne Biomasse Wasser Lignin Hölzerne Biomasse Wasser Lignin Mono- saccharides z.B. Levulinsäure Oxygenierte Aromaten Ionic liquid unterstützte enymatische Depolymerisation OH Routen für grüne und hölzerne Biomasse Aufgaben: Nutzung der gesamten Pflanze Bewahrung der natürlichen Vielfalt

40 Rohstoffwandel, 12.05.2009 40 Auflösung von Holz Ionic Liquids Fotos aus nature.com and Sixta2006 Rohstoff Holz in flüssiger Phase

41 Rohstoffwandel, 12.05.2009 41 3. Analyse des H 2 -Bedarfs Der beste Reaktionsweg für Biokraftstoffe? 1. Aufstellen des Reaktionsnetzwerkes Für Itakonsäure 120 Reaktionen 90 Substanzen ? Rohstoff Biomasse Produkt Kraftstoff Massenbilanzen für jede Substanz 2. Modellierung des Netzwerkes

42 Rohstoffwandel, 12.05.2009 42 oder … Was kann ich tun?

43 Rohstoffwandel, 12.05.2009 43 Chemische Industrie Lebensmittelindustrie Pharmazeutische Industrie Apparatebau Energie- erzeugung Luftfahrt & Automobil Chemische Industrie Lebensmittelindustrie Pharmazeutische Industrie Apparatebau Energie- erzeugung Luftfahrt & Automobil Was kann ich tun?

44 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !


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