Rohstoffe nachhaltig nutzen

Statt Kohle, Biomasse oder Abfall nur zu verbrennen, können sie als Rohstoffe für chemische und metallurgische Prozesse genutzt werden. Dafür sind neue, effiziente Hochtemperaturprozesse notwendig, die Wissenschaftler am ZIK VIRTUHCON in Freiberg entwickeln.

elektro-thermischer Verdampfungsofen

Im elektro-thermischen Verdampfungsofen bestimmen die Freiberger bei Temperaturen um 700 Grad Celsius den Aufbau von Partikeln, deren Oberflächen versintern.

ZIK VIRTUHCON

Mit sehr präzisen Computermodellen, die sie in den letzten Jahren perfektioniert haben, simulieren die VIRTUHCON-Forscher komplexe chemische und physikalische Vorgänge in verschiedenen Hochtemperaturprozessen. Die Basis dazu haben sie mit einer umfassenden Grundlagenforschung geschaffen. Mit ihren innovativen Methoden können sie nun von der chemischen Reaktion einzelner Teilchen bis hin zu komplexen Prozessen im großtechnischen Reaktor alles simulieren. Auf diese Weise lassen sich industrielle Hochtemperaturprozesse mit deutlich reduziertem Versuchsaufwand optimieren und an neue Einsatzstoffe anpassen. Daraus ergeben sich diverse Kooperationen mit Unternehmen. So finanziert sich die VIRTUHCON-Arbeitsgruppe „Computational Fluid Dynamics“ inzwischen zu 50 Prozent aus Industriemitteln.

Vom Experiment zur Simulation und zurück

 Blasenentwicklung in einem Schmelzofen mit Sauerstofflanze in Modellansicht

Dieses Modell, das bei VIRTUHCON erstellt wurde, zeigt die Blasenentwicklung in einem Schmelzofen mit Sauerstofflanze.

ZIK VIRTUHCON

Die Daten für ihre Berechnungen bekommen die Forscher aus Experimenten in Forschungsreaktoren und Laboranlagen, die an der TU Freiberg betrieben werden. So hat die Arbeitsgruppe „Stoff- und Prozessanalyse“ im „COORVED“-Reaktor Tests mit Braunkohle und Klärschlamm zur stofflichen Nutzung des darin enthaltenen Kohlenstoffs unternommen. Die experimentellen Daten nutzt die Modellierungsgruppe, um ihre Computermodelle zu präzisieren. Die Forschungsgruppe „Multiphasen-Modelle“ modelliert mit Hilfe von Computersimulationen bestimmte Stoffwandlungsprozesse und metallurgische Prozesse. Die experimentellen Daten dafür erhalten sie auch von externen Partnern wie dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, mit dem sie kooperieren. Demnächst wollen die Wissenschaftler Prozesse im sogenannten Flexi-Slag-Verfahren untersuchen. Bei diesem Verfahren werden Stoffe unter hohem Druck mit reinem Sauerstoff vergast. Insbesondere wollen die Ingenieure die Konversion von Koks und die Bildung des Schlackebettes modellieren.

Wirtschaftliche Umsetzung und finanzielle Unabhängigkeit

Den Forschungsreaktor „COORVED“ nutzen die Forscher zusammen mit großen Industriepartnern wie RWE und LEAG – der Lausitz Energie Bergbau AG. Derartige Kooperationen sollen in Zukunft die Finanzierung des ZIK VIRTUHCON sichern – genauso wie die DBI-Virtuhcon GmbH, eine Ausgründung aus dem Zentrum für Innovationskompetenz. Die Firma bietet unter anderem Beratungsleistungen und Laboranalysen an. Sie kann dabei auf eine jahrzehntelange Expertise und die hervorragende Infrastruktur am Standort Freiberg zurückgreifen. Das Unternehmen ist bereits sehr erfolgreich am Markt und ein starker Partner der TU Bergakademie Freiberg.