Nachhaltige und grüne Technologien für die chemische Industrie (Projekt ShaPID)

Die chemische Industrie ist ein wichtiger Bestandteil in fast allen industriellen Wertschöpfungsketten. Die Erzeugnisse der chemischen Industrie – innovative Materialen, Werkstoffe und Komponenten – sind entscheidende Vorprodukte für die industrielle Produktion. Als frühes Glied der Wertschöpfungskette ist der Chemiesektor ein guter Ansatzpunkt, die Nachhaltigkeit von Produkten branchenübergreifend zu steigern.

Die eigenen Produktionsketten defossilisieren und eine zirkuläre, treibhausgasneutrale Stoff- und Energiewandlung etablieren – die chemische Industrie hat sich in Sachen Nachhaltigkeit ehrgeizige Ziele gesetzt.

Im Projekt »ShapID« entwickeln neun Fraunhofer-Institute unter der Federführung des Fraunhofer ICT praxisnahe Methoden und Technologien für eine nachhaltige, grüne Chemie – auf Grundlage der international anerkannten »12 Principles of Green Chemistry« und in den vier Bereichen »Synthese-, Reaktions- und Katalysetechnik«, »Prozess- und Verfahrenstechnik«, »Modellierung, Simulation und Prozessoptimierung« sowie »Digitalisierung und Automation«.

Die Anwendung der neuen Technologien und Methoden wird im technischen Maßstab an drei Referenzprozessen demonstriert, die unterschiedliche Produktsparten der Chemie adressieren:

1. Bei »Green Plastics« geht es um die Gestaltung neuer Polymere aus CO2 und biogenen Rohstoffquellen.
2. Bei »Green Monomers« werden energieeffiziente Synthesen von Monomeren aus nicht-fossilen Rohstoffen beleuchtet.
3. Bei »Efficient Building Blocks« wird der Einsatz hochreaktiver Moleküle für die atomeffiziente Synthese untersucht.

Alle drei Prozesse beschreiten den Weg vom grünen Rohstoff über eine grüne Prozessführung bis hin zu grünen Produkten. Die Prozessentwicklungen werden eng sowohl von Life Cycle Assessments und Systemanalysen als auch von REACh-Bewertungen und (Öko-)Toxizitätsvorhersagen begleitet.

Die Expert:innen des Fraunhofer IFF unterstützen den Aufbau der Demonstratoren. Sie entwickeln spezielle Schnittstellen und nutzen Konzepte des modularen Anlagenbaus – insbesondere der modularen Regelung und Steuerung auf Basis von Module Type Package (MTP).

Das Team koppelt digitale Simulationsmodelle vom Fraunhofer ITWM für Prozessmonitoring und -controlling sowie Datenanalysen. Dies beschleunigt später die Einführung der neuen, grünen Reaktions- und Verfahrenstechniken in die Gesamtprozessumgebung.