Fraunhofer ISE nutzt Industrieabgase für Methanolproduktion - Digitaler Zwilling erhöht Effizienz um 39 Prozent

Freiburg - Bei der Stahlherstellung fallen große Mengen Hüttengase an, die bislang ungenutzt bleiben und CO₂-Emissionen verursachen. Das Fraunhofer ISE demonstriert nun, wie diese Abgase stofflich genutzt und in Methanol überführt werden können - unterstützt durch einen digitalen Zwilling zur Optimierung der Prozesse.

Im Rahmen des Projekts Carbon2Chem® werden Hüttengase des Duisburger Stahlwerks von Thyssenkrupp Steel Europe über 5.000 Stunden in einer Miniplant des Fraunhofer ISE zu Methanol umgewandelt. Ein digitaler Zwilling simulierte Betriebszustände, identifizierte optimale Parameter und steigerte die Methanolproduktion um 39 Prozent. Die Plattform soll künftig auch für die Herstellung von Flugkraftstoffen (Jet Fuels) und Dimethylether genutzt werden.

Hüttengase der Stahlindustrie als Rohstoff für die chemische Industrie

Bei der Stahlproduktion entstehen große Mengen Koksofengas, Hochofengas und Konvertergas. Diese Hüttengase enthalten Wasserstoff und Kohlenoxide, werden jedoch oft ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben. Hüttenwerke sind für etwa sechs Prozent der deutschen CO₂-Emissionen verantwortlich, wodurch die stoffliche Nutzung der Abgase eine hohe Bedeutung hat.

Um diese Emissionen zu reduzieren, wird im Rahmen des Projekts Carbon2Chem® die Umwandlung der Hüttengase in chemische Grundstoffe untersucht. Methanol spielt dabei eine zentrale Rolle: Es kann als Basischemikalie und Wasserstoffträger für die Energiewende genutzt werden.

Digitaler Zwilling steigert Methanolproduktion deutlich

Zentrales Instrument der Optimierung war ein digitaler Zwilling der Methanolsyntheseanlage. Er bildet Reaktorgeometrie, Katalysatoren und dynamische Betriebszustände ab und ermöglicht präzise Simulationen.

„Die Basis des digitalen Zwillings ist die Kenntnis eines kinetischen Modells, das die zugrundeliegenden Reaktionen mit sehr hoher Genauigkeit beschreibt“, erläutert Dr. Florian Nestler vom Fraunhofer ISE. Dr. Achim Schaadt vom Fraunhofer ISE ergänzt: „Auf dieser Basis lassen sich belastbare techno-ökonomische Optimierungen vornehmen.“

Die Simulation auf Grundlage von über 5.000 Betriebsstunden identifizierte optimale Parameter für Reaktoreintrittstemperaturen, Rezyklatverhältnis und Wasserstoffbeimischung. Durch die Umsetzung dieser Empfehlungen konnte die Methanolproduktion um 39 Prozent gesteigert werden. Projektleiter Max Hadrich betont: „Die modellunterstützte Optimierung war deutlich effizienter als eine rein experimentelle Suche nach besseren Betriebspunkten.“

Darüber hinaus bietet der digitale Zwilling Perspektiven für weitere Power-to-X-Anwendungen. Dr. Matthias Krüger von Thyssenkrupp Uhde hebt hervor: „Gerade für Prozesse mit schwankenden Eingangsbedingungen sind digitale Zwillinge wichtige Werkzeuge für das Verständnis und die Optimierung der Katalysatoren und der Prozesstechnologie.“ Auch die Herstellung von Dimethylether oder Jet Fuels soll künftig über die Plattform simuliert und optimiert werden.

Mit Carbon2Chem® liefert das Fraunhofer ISE einen wichtigen Impuls für die klimafreundliche Transformation der chemischen Industrie und zeigt, wie digitale Zwillinge die Effizienz industrieller Syntheseprozesse steigern können.

Quelle: IWR Online

© IWR, 2026

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