Die Nachfrage nach Industrieprodukten wird voraussichtlich zunehmen, da die weltweite Wirtschaft wächst und die Lebensstandards in den Entwicklungsländern steigen. Um dieser Nachfrage gerecht zu werden, wird die Welt Fertigungslösungen benötigen, die hinsichtlich Energie und Treibhausgasen effizienter sind als die derzeit verfügbaren Lösungen. Seit 2000 hat ExxonMobil durch seine Projekte zur Energieeffizienz und Kraft-Wärme-Kopplung fast 350 Millionen Tonnen seiner Emissionen reduziert oder vermieden. Es gilt sich weiterhin auf die Forschung in den Bereichen Ausrüstungsentwicklung, fortschrittliche Trennungen, Katalyse und Prozesskonfigurationen zu konzentrieren, um im Rahmen der umfassenderen Bemühungen, energieeffiziente Fertigung zu ermöglichen.

Bemühungen zur energieeffizienten Fertigung

Neues Gerätedesign: Ein neues Gerätedesign kann selbst bei herkömmlichen Trennprozessen wie der Destillation zu einer deutlichen Reduzierung des Energieverbrauchs führen. So kann beispielsweise durch die Verwendung von Teilungs-Wandsäulen – ein von ExxonMobil entdecktes und entwickeltes Verfahren – eine Reihe von Destillationstürmen zu einem einzigen kombiniert werden, was erhebliche Energie- und Investitionskosteneinsparungen ermöglicht. In der Fawley Refinery von ExxonMobil im Vereinigten Königreich wurden Energieeinsparungen von 50 Prozent nachgewiesen1

Trennungen neu denkenForscher von ExxonMobil und Wissenschaftler des Georgia Institute of Technology sowie des Imperial College London arbeiten gemeinsam an Membrantechnologien, die die Kohlendioxidemissionen reduzieren und den Energieverbrauch bei der Verbesserung thermischer Prozesse (Destillationsverfahren) senken können. Die in der Fachzeitschrift Science2 veröffentlichten Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial nicht-thermischer Fraktionierung von leichtem Rohöl durch eine Kombination aus klassen- und größenbasierter „Sortierung“ von Molekülen. Erste Prototypen haben gezeigt, dass sie mit Benzin und Kerosin doppelt so effektiv sind wie die selektivsten kommerziellen Membranen, die derzeit im Einsatz sind.

Lebenszyklusanalyse

Die Lebenszyklusanalyse (Life Cycle Analysis, LCA) ist die bevorzugte wissenschaftliche Methode zur Schätzung der Umweltauswirkungen von Energieprozessen und -produkten. Es ist wichtig, beim Vergleich verschiedener Energietechnologien, alle Emissionen über den gesamten Lebenszyklus einer jeder Option zu berücksichtigen. Jeder Schritt, der eine beliebige Art von Treibhausgas emittiert, muss einbezogen werden, um den gesamten Emissionsfußabdruck korrekt abschätzen zu können. Dazu gehören Emissionen im Zusammenhang mit der Produktion der Ressource, Umwandlungs- und Transportschritten sowie dem Kraftstoffverbrauch durch den Endnutzer (z. B. in einem Fahrzeug oder in einem Kraftwerk).

ExxonMobil hat mit der MIT Energy Initiative zusammengearbeitet, um ein neues LCA-Tool zu entwickeln, das verschiedene Technologien abdeckt, die den Großteil der Treibhausgasemissionen ausmachen. Dieses Tool namens Sustainable Energy System Analysis Modeling Environment (SESAME3) basiert auf hervorragend referenzierten, von Experten geprüften, öffentlich zugänglichen Quellen und kann vollständige Lebenszyklusanalysen für mehr als 1.000 Technologien durchführen. Es werdenprimäre Energiequellen bis hin zu Endprodukten oder Dienstleistungen berücksichtigt – einschließlich solcher aus dem Energie-, Transport-, Industrie- und Wohnungssektor.

Um eine spürbare Wirkung zu erzielen, müssen Technologien zur Reduzierung von Treibhausgasen auch kosteneffizient sein. Die technoökonomische Analyse (Techno-Economic-Analysis, TEA) hilft dabei, die wirkungsvollsten und kosteneffizientesten Methoden zur Erfüllung des weltweiten Energiebedarfs zu ermitteln und gleichzeitig die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. TEA hilft auch dabei, die Entwicklung von Richtlinien transparent zu gestalten.

TEA wird derzeit dem SESAME-Modell hinzugefügt. Nach der Fertigstellung vergleicht SESAME in einer systemweiten Umgebung sowohl die Emissionen als auch die Kosten von Energietechnologien über alle Sektoren hinweg. Es wird als transparentes Open-Source-Webtool für Experten und allgemeine Benutzer öffentlich verfügbar sein.

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Quellen:

1 B. Slade, B. Stober, D. Simpson, Dividing wall column revamp optimises mixed xylenes production, IChemE, Symposium Series No. 152, (2006).2

2 K. Thompson, R. Mathias, D. Kim, J. Kim, N. Rangnekar, J. Johnson, S. Hoy, I. Bechis, A. Tarzia, K. Jelfs, B. McCool, A. Livingston, R. Lively, M. Finn, N-Aryl-linked spirocyclic polymers for membrane separations of complex hydrocarbon mixtures, Science 369 (6501) (2020) 310-315.3

3 E. Gencer, S. Torkamani, I. Miller, T. Wu, F. O’Sullivan, Sustainable energy system analysis modeling environment: analyzing life cycle emissions of the energy transition, Applied Energy 277 (2020) 115550.

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