Der neue Studierenden-Wettbewerb der kreativen jungen Verfahrensingenieure (kjVI) der VDI-GVC feierte 2018 erfolgreich sein Debüt: chemPLANT soll Studierende für die Prozessplanung und die Konzeptionierung neuer Anlagen begeistern und zum Querdenken anregen. Das Team der RWTH Aachen überzeugte mit seinem kreativen Konzept zur Energiewandlung und Energiespeicherung sowohl die hochrangige Jury aus Industrie- und Hochschulvertretern als auch das Auditorium mit einem kreativen Science Pitch.

2018 war die Premiere des neuen chemPLANT-Wettbewerbs. Neben dem etablierten ChemCar-Wettbewerb wurde damit von den kreativen jungen Verfahrensingenieuren (kjVI) und der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (VDI-GVC) ein neuer Studierenden-Wettbewerb ins Leben gerufen, der das Ziel hat, die kreative, zukunftsorientierte und nachhaltige Prozessplanung und Konzeptionierung neuer Anlagen zu fördern. Die konkrete Aufgabenstellung wird hierbei durch ein Konsortium hochrangiger Industrieunternehmen vorgegeben – im Jahr 2018 waren dies die Unternehmen BASF, Bayer, ­Covestro, Evonik und Merck. 2019 wird sich Clariant dazu gesellen.

Auf Anhieb 20 Teilnehmer-Teams
Der Wettbewerb rief auf Anhieb sehr großes Interesse hervor: 20 Teams nahmen an der Premiere teil. Nach einer Vorauswahl wurden acht Teams auf die ProcessNet-Jahrestagung nach Aachen eingeladen: mit dabei waren die RWTH Aachen, die TU Darmstadt, die TU Dortmund, die TU Bergakademie Freiberg, das KIT, die FH Münster, die Universität Paderborn und die Universität Ulm. Diese Teams stellten Ihre Poster der Fachjury vor, die neben hochrangingen Vertretern der Industrie auch aus Vertretern von Universitäten bestand und die Wettbewerbsaufgabe vorgegeben hatte. Anhand einer rein fachlichen Bewertung wurden die drei besten Teams ermittelt, die ihre innovativen Konzepte dem großen Auditorium präsentieren durften. In 2018 zählten die RWTH Aachen, das KIT und die FH Münster zu den Finalisten.
Die finale Punktevergabe erfolgte durch das Publikum, das mithilfe eines Online-Tools direkt den besten Vortrag bewertete. Durchsetzen konnte sich in 2018 das Team der RWTH ­Aachen, das durch einen kurzweiligen und überzeugenden Science Pitch das Publikum für sich gewinnen konnte. Belohnt wurden alle drei Teams mit Geldprämien, die in 2018 von den Sponsoren BASF, Bayer, Covestro, Evonik und Merck zur Verfügung gestellt wurden.

Aufgabenstellung 2018
Beim chemPLANT-Wettbewerb 2018 sollten Studierendenteams einen innovativen Prozess zur Nutzung überschüssiger Windenergie für die Produktion von Methanol entwickeln. Erneuerbare Energiequellen nehmen seit Beginn der Energiewende einen großen Stellenwert in der Energiegewinnung ein. Da ein Großteil der Stromproduktion aus regenerativen Energiequellen von momentanen Witterungsbedingungen abhängt, unterliegt diese signifikanten Schwankungen. Die Herausforderung beim chemPLANT-Wettbewerb 2018 war es, diese schwankende Energie möglichst effizient zu nutzen. Die Synthese energiereicher, chemischer Verbindungen wie Methanol eignet sich hierbei besonders gut zur Speicherung. Die konkrete Aufgabe für die Teams lautete, einen vorgegebenen schwankenden Windenergieverlauf zur chemischen Speicherung in Methanol zu nutzen.

Das Gewinnerkonzept 2018
Das Team der RWTH Aachen bestand aus Studierenden der Verfahrenstechnik in den Bereichen Maschinenbau sowie Umweltingenieurwissenschaften. Bei der Bearbeitung der Aufgabe hat das Team großen Wert auf ein nachhaltiges Verfahren gelegt. Als Rohstoff sollten daher keine fossilen Ressourcen genutzt werden; auch sollte eine Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion vermieden werden. Als Substrat für den Prozess wurde deshalb Faulgas aus der Klärschlammvergärung gewählt. Dieses fällt in hohem Maße sowohl in öffentlichen Kläranlagen als auch in der Industrie an. Das Biogas aus der Kläranlage besteht zu ca. 35 % aus Kohlenstoffdioxid und zu etwa 65 % aus Methan.
Diese beiden Gase werden zu Methanol umgesetzt, was über zwei Prozessstränge erfolgt. Um auf den thermodynamisch ungünstigen Zwischenschritt der Synthesegasherstellung zu verzichten, soll Methan direkt zu Me­thanol umgewandelt werden. Möglich macht dies das thermophile Bakterium Methylothermus thermalis. In einem biologischen Prozess wird unter Zugabe von Sauerstoff Methanol oberhalb des Siedepunkts produziert. Das Methanol reichert sich dadurch in der Gasphase an, sodass eine Methanol-Inhibierung der Bakterien verhindert werden kann.
Der zweite Prozessstrang sieht eine Synthese von Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff in einem chemischen Prozess vor. Der Wasserstoff wird hierbei durch die Elektrolyse von Wasser produziert. Dafür wird die bereitgestellte Energie aus dem Windkraftwerk genutzt.

Pluspunkt Flexibilität
Eine große Herausforderung der Aufgabenstellung lag darin, den Prozess möglichst flexibel zu gestalten, um auf die starken Schwankungen der Windenergie reagieren zu können:
Bei einer normalen Grundlast setzt der chemische Reaktor in seinem Auslegungspunkt einen konstanten Kohlendioxid-Strom aus dem Faulturm zu Methanol um.
Bei Leistungsüberschuss der Windkraftanlagen wird zusätzlich ein durch Elektrolyse erzeugter Wasserstoff-Strom in den Faulturm geleitet und damit die Methanausbeute erhöht. Durch die Möglichkeit dieser Wasserstoffeinspeisung in den Faulturm kann in Zeiten von Stromspitzen der komplette Wasserstoff genutzt werden. Dadurch verändert sich das Verhältnis von Me­than und Kohlenstoffdioxid im Faulgas. Somit wird auch der biologische Prozess abhängig von dem zeitlich variablen Stromprofil. Um die Abnahme des Kohlenstoffdioxids ausgleichen zu können, wird ein Kohlenstoffdioxid-Tank genutzt.
Bei Leistungsdefizit hingegen wird das überschüssige Kohlenstoffdioxid in eben diesem Tank gespeichert.
Durch Aufbau eines Anlagennetzwerkes kann darüber hinaus die gesamte zur Verfügung stehende Windleistung – sogar bundesweit  – abgefangen werden. So der kreative Ansatz der Nachwuchsforscher.

chemPLANT 2019: Zeitplan

• Teamanmeldung vom 01. Februar bis 13. April 2019
• Ausschreibung der Wettbewerbsaufgabe am 15. April 2019
• Konzepteinreichung bis 15. Mai 2019
• Einreichung der Endergebnisse bis 15. Juli 2019
• Vorstellung der Ergebnisse auf dem Thermodynamik Kolloquium vom 30. September bis 02. Oktober 2019 mittels Poster und Science Pitch