Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl-Teststand TABEA: Elektronenstrahltechnik zur Reinigung von Abgasen und Abwässern sowie PtX-Plasmasynthese
Als Strategische Investition des Fraunhofer FEP wurde mit der Firma CREAVAC die mobile Testanlage TABEA zur Reinigung von Abgasen und Abwässern sowie für plasmachemische PtX-Syntheseprozesse auf Basis diverser Elektronenstrahl-Technologien realisiert.
Wirksamer Klimaschutz ist eine große Herausforderung unserer Zeit und erfordert mittelfristig die generelle Abkehr,von Förderung und Verwendung fossiler Kohlenstoffquellen nicht nur als Energieträger, sondern auch als Rohstoff für die chemische Industrie. Bei Umstellung der Energieversorgung auf regenerative Quellen sind effiziente Speichertechnologien in großem Umfang nötig, um insbesondere die saisonalen Fluktuationen auszugleichen. Hierfür sind chemische Energie-speicher unabdingbar. Eine defossilisierte Rohstoffversorgung bedingt den Aufbau einer Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft, in der die stoffliche Nutzung von CO2 als Edukt chemischer Synthesen eine tragende Rolle spielen wird.
Das Fraunhofer FEP hat sich in diesem Kontext zum Ziel gesetzt, die Umsetzung von Kohlenstoffdioxid z. B. mit (künftig grünem) Wasserstoff in atmosphärischen Elektronenstrahl-Plasmen sowie vorteilhafte Energieeffizienz und Konversionsgrade dieses neuartigen, großtechnisch skalierbaren PtX-Verfahrens (Power-to-X, d. h. Herstellung chemischer Energiespeicher und Produktrohstoffe unter Nutzung regenerativ erzeugter Elektroenergie) zu demonstrieren. Dieser Ansatz fußt darauf, dass die zur Überwindung der energetischen oder kinetischen Hemmung exothermer Reaktionen erforderliche Anregung wie auch die Energiezufuhr für endotherme Reaktionen nicht nur thermisch, sondern in Plasmen auch durch direkte und selektive Beeinflussung der Bindungszustände von Molekülen möglich ist. Schlüssel zu hoher Energieeffizienz ist dabei, dass sich die Plasmen thermodynamisch im Nichtgleichgewicht befinden, was es trotz effektiver Anregung der chemisch aktiven Spezies gestattet, die globale Temperatur im Plasma niedrig zu halten. Atmosphärische Elektronenstrahl-Plasmen zeichnen sich zudem durch ihre gleichmäßige Energiedichte und Volumenfüllung aus, was gleichzeitig auch hohe Konversionsgrade verspricht.
Auch zu Umwelttechniken, wie der Reinigung von Abgasen und Abwässern, können Elektronenstrahl-Technologien wertvolle Beiträge leisten. Hierbei treten schnelle Elektronen mit den Konstituenten des Gas- oder Flüssigkeitsgemisches in Wechsel-wirkung und bilden diverse angeregte Spezies sowie Ionen und hochreaktive Radikale, die letztlich zum chemischen Abbau der Schadstoffe führen. Der Energieübertrag erfolgt dabei vorrangig in elektronische Bindungszustände, nicht in Wärme. Das ist mit geringen Energieverlusten verbunden und, wie auch die derart initiierten Reaktionen, ein extrem schneller Prozess. Es genügt also eine sehr kurze Verweildauer im Reaktor, der so trotz hoher Strömungsgeschwindigkeit der Fluide kompakt gestaltbar ist.
Als Plattform für all diese technologischen Elektronenstrahl-Anwendungen wurde im Rahmen einer Strategischen Investition des Fraunhofer FEP zusammen mit der Firma CREAVAC GmbH die containerintegrierte, modular ausstattbare Testanlage TABEA entwickelt und gebaut. Der Container ist mobil, sodass an externen Standorten auch hochgradig explosionsgefährliche Gase prozessiert oder Pilotversuche bei industriellen Anwendern angeboten und direkt vor Ort durchgeführt werden können.