Das Fuel Science Center

 

Hintergrund: Das Exzellenzcluster „Das Fuel Science Center“

Das Exzellenzcluster „Das Fuel Science Center“, kurz FSC, erforscht die Nutzung von biomassebasierten Rohstoffen und Kohlenstoffdioxid in Kombination mit erneuerbarer Elektrizität zur Herstellung neuer, synthetischer Chemikalien und Kraftstoffe. Um das gesamte Potential des Forschungsprojekts ausschöpfen zu können, setzt das FSC auf die Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette: Es wird nicht nur der optimale Kraftstoff gesucht, der eine hocheffiziente und saubere Verbrennung ermöglicht, sondern auch die optimale Kombination von Produktion und Nutzung. Die Wertschöpfungskette zu einem neuen Kraftstoff muss dabei schlussendlich nicht nur ökonomische, sondern auch ökologische und gesellschaftliche Anforderungen erfüllen. Möglich wird diese umfassende Optimierung durch eine enge Verzahnung von Forschungsprojekten aus den Bereichen der Natur-, Ingenieurs- und Sozialwissenschaften. Dabei kann das FSC auf den Erfolgen des vorhergehenden Exzellenzclusters „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse" aufbauen.

Der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik forscht im Bereich der Energiesystemtechnik in drei Teilprojekten des FSC:

• Integrierte Designmethode für eine nachhaltige kraftstoffbasierte Mobilität
• Ganzheitliches Prozess- und Lösungsmitteldesign
• Integration von Molekül- und Prozessdesign mit Life-Cycle Assessment

  Urheberrecht: © FSC

Weiterführende Informationen zur Arbeit und Forschungsstruktur des FSC werden auf der Website des Exzellenzclusters vorgestellt.

 

Integrierte Designmethode für eine nachhaltige kraftstoffbasierte Mobilität

Urheberrecht: © LTT

Der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik beteiligt sich an der Entwicklung einer integrierten Designmethode für eine nachhaltige kraftstoffbasierte Mobilität. Zu diesem Zweck wird ein Modell für die Wertschöpfungsketten des Strom- und Mobilitätssektors mit einem prädiktiven Bewertungsansatz verknüpft. So entsteht ein ganzheitliches modellbasiertes Framework für das Design von Wertschöpfungsketten bio-hybrider Kraftstoffe. Dieses Framework ermöglicht Bewertungen bereits in frühen Entwicklungsphasen anstelle von herkömmlichen retrospektiven Ansätzen.

Der prädiktive Bewertungsansatz basiert auf der Methode des Consequential Life Cycle Assessment. Dabei werden Umweltauswirkungen als Konsequenz von Entscheidungen unter Berücksichtigung von technischen Effekten und Markteffekten bewertet. Consequential Life Cycle Assessment geht derzeit von einem ökonomisch rationalen Verhalten der Gesellschaft aus. Dabei wird die Akzeptanz der Gesellschaft, als Voraussetzung für technologische Veränderungen, nicht mit einbezogen. Folglich ist es notwendig, die gesellschaftliche Akzeptanz in den Bewertungsansatz des Consequential Life Cycle Assessment zu integrieren, um das Zusammenspiel von technologischen Veränderungen, Umweltauswirkungen und Akzeptanz von Gesellschaft sowie Interessengruppen zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck werden in Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Communication Science integrierte Bewertungsmethoden untersucht, die auf Consequential Life Cycle Assessment und Akzeptanzmodellen basieren, um in der Folge alle Nachhaltigkeitsdimensionen gleichzeitig bewerten zu können: Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt.

Durch die integrierte Designmethode sollen Kompromisse zwischen diesen unterschiedlichen Nachhaltigkeitsdimensionen identifiziert werden, um daraus Empfehlungen für das Design von Wertschöpfungsketten einer nachhaltigen kraftstoffbasierten Mobilität abzuleiten.

 

Ganzheitliches Prozess- und Lösungsmitteldesign

Urheberrecht: © LTT

Der LTT beteiligt sich in diesem Teilprojekt des Exzellenzclusters FSC an der Entwicklung systematischer Methoden zur Erarbeitung nachhaltiger Herstellungsprozesse. Dazu wird ein innovativer Ansatz zur ganzheitlichen Optimierung von chemischen Prozessen und Lösungsmitteln verfolgt (Holistic Process Design).

Der Ansatz beruht auf der Integration von computergestütztem Moleküldesign (engl. Computer-Aided Molecular Design -CAMD) in das Design von Prozessen für eine gleichzeitige Optimierung des Lösungsmittels und des Prozesses. Dazu werden molekulare Stoffeigenschaften von Lösungsmitteln durch thermodynamische Stoff- und Prozessmodelle in Prozessgrößen überführt und bewertet. Dadurch kann eine gezielte Optimierung der chemischen Struktur von Lösungsmitteln für eine bessere Prozessleistung erreicht werden. Um dem ganzheitlichen Optimierungsansatz gerecht zu werden, wird die Optimierung der chemischen Struktur der Lösungsmittel zusätzlich in Prozessoptimierungsschritte eingebunden. Die Kombination von prädiktiven thermodynamischen Stoffmodellen mit experimentellen Daten ermöglicht dabei eine hohe Genauigkeit der Vorhersagen und eine Validierung der Optimierung.

Ziel des Teilprojekts ist die Verbesserung von Prozessen und die Weiterentwicklung von Prozessentwicklungsstrategien, um ressourcenschonende, effiziente Herstellungswege von Kraftstoffen und Chemikalien basierend auf nachhaltigen Rohstoffen zu identifizieren und zu ermöglichen.

 

Integration von Molekül- und Prozessdesign mit Life-Cycle Assessment

Der Übergang zu flexiblen Produktionsrouten für Bio-Hybrid-Kraftstoffe erfordert eine systemweite Perspektive, um neue Routen unter Berücksichtigung ihrer Nachhaltigkeit zu gestalten. Daher entwickelt der LTT einen systemweiten Ansatz zur Bewertung neuartiger Transformationspfade, der alle Skalen berücksichtigt: von der molekularen Ebene über die Prozess- bis hin zur Umweltebene.

In diesem Projekt entwickeln wir ein Framework, das Molekül- und Prozessdesign über gängige ökonomische Kategorien auf Prozessebene hinaus ermöglicht, indem Umweltwirkungen auf das Ökosystem auf der Grundlage der Methode des Life Cycle Assessments berücksichtigt werden. Das Framework basiert auf der Entwicklung und Integration zuverlässiger Vorhersagemethoden, um molekulare Eigenschaften in ökonomische, ökologische und gesellschaftliche Deskriptoren zu übersetzen. Die Vorhersage erfolgt dabei auf Grundlage von vorhergesagter thermodynamischer Daten und Prozesssimulationen.

Als Ergebnis des Teilprojekts ergeben sich neue Transformationspfade, die nicht nur wirtschaftlich tragfähig, sondern auch in ökologischen und gesellschaftlichen Kategorien nachhaltig sind. Die Ergebnisse dieses Projekts können in weitere Designmethoden integriert werden, die bereits technische Effekte und Markteffekte berücksichtigen.

  Urheberrecht: © DFG