Neues Chlorproduktionsverfahren bei Bayer

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04.03.2011 Mehr als 55 Prozent des Umsatzes der chemischen Industrie Europas basieren auf der Chlorchemie. Sie ist für die Produktion vieler Materialien wie Polymeren, Harzen und Elastomeren unverzichtbar – aber auch extrem energie- und damit kostenintensiv. Die Sauerstoffverzehrkathoden-Technologie stellt jedoch eine effiziente Alternative zu klassischen Verfahren dar. Sie befindet sich noch in der Entwicklungsphase, kommt jetzt aber erstmals im großindustriellen Maßstab zum Einsatz.

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Aufgrund steigender Strompreise klettern auch Betriebskosten von verfahrenstechnischen Anlagen in die Höhe. Wenn an keiner Stelle mehr direkte Einsparungen möglich sind, sind neue Wege gefragt. Die Anlagen auf neue Produktionsverfahren umzurüsten, stellt nur dann eine Alternative dar, wenn das neue Verfahren ausreichend getestet wurde – sowohl im Labormaßstab, als auch in einer großtechnischen Anlage.

Genau dies geschieht derzeit bei der Chlorproduktion von Bayer MaterialScience. Der Konzern betreibt in Deutschland an vier Standorten Anlagen zur Produktion vonChlor aus Kochsalz mit einer Chlorkapazität von rund 1Mio.t bzw. aus Salzsäure mit einer Chlorkapazität von rund 300000 t pro Jahr. Etwa 90 Prozent der Chlorproduktion aus Kochsalz basieren auf der Membrantechnologie. Nur am Standort Krefeld-Uerdingen wird Chlor mithilfe des energieintensiven Quecksilber- bzw. Amalgamverfahrens produziert. Doch dies soll sich nun ändern: Geplant ist, im Mai 2011 eine Demonstrationsanlage anzufahren, um erstmals Chlor im großtechnischem Maßstab nach der Sauerstoffverzehrkathoden(SVK)-Technologie in Elektrolysezellen aus Kochsalz zu produzieren. Dadurch will der Konzern erhebliche Mengen an Energie und damit Betriebskosten einsparen.

Allein neue Techniken helfen hier, Kosten einzusparen

Weltweit nutzen rund die Hälfte der großtechnisch arbeitenden Betriebe die Membrantechnologie, in Deutschland hat sie derzeit einen Anteil von 52 Prozent. Im Gegensatz zu den klassischen Methoden, dem Diaphragmaverfahren und dem Amalgamverfahren, finden beim Membranverfahren keine Verschleppungen von umweltgefährdenden Stoffen wie Asbest oder Quecksilber statt. Außerdem befinden sich im Endprodukt nur geringe Spuren von Sauerstoff imChlor, es ist fast so rein wie das des Amalgamverfahrens. Der europäische Verband der Betreiber von Chlor-Alkali-Anlagen, Euro Chlor, hat sich aus diesen Gründen bis zum Jahr 2020 zum Ziel gesetzt, alle installierten Quecksilber-Kapazitäten auf Basis Kochsalz abzubauen.

In Krefeld-Uerdingen ging die Quecksilber-Anlage bereits im Jahr 1960 inBetrieb, damals mit einer Kapazität von 30000 t pro Jahr. Nach der ersten Umstellung auf das Membranverfahren im Jahr 1997 verfügt die Anlage heute über eine Gesamtkapazität von 240000 t Chlor pro Jahr – etwa zur Hälfte aus dem Membran- und zur Hälfte aus dem Quecksilberverfahren. Den Anteil der Quecksilbertechnik wollen die Betreiber jedoch ersetzen. Sie haben angefangen, die ersten Quecksilberelemente abzubauen und mit ihrem Partner Uhde dafür Sauerstoffverzehrkathoden einzusetzen. „Der Rückbau soll stufenweise erfolgen. Der genaue Zeitpunkt für die Abschaltung der letzten Elemente der Quecksilberanlage ist noch offen“, erklärt Dr. Rob Eek, Standortleiter Basic Chemicals bei Bayer MaterialScience in Krefeld-Uerdingen. Derzeit liegt der Energiebedarf des Amalgamverfahrens bei ca. 3,4MWh pro t Chlor. Die Elektrizität stellt bis zu50 Prozent der Produktionskosten dar.
Bayer MaterialScience, Uhde, die RWTH Aachen, die TU Clausthal und die Uni Dortmund sowie sieben weitere Partner haben gemeinsam an der Entwicklung der SVK-Technologie auf Kochsalzbasis gearbeitet. Das Bundesministerium fürBildung und Forschung (BMBF) unterstützt das Vorhaben finanziell. „Die Demonstrationsphase beginnt mit dem Demo-Elektrolyseur, der ebenfalls vom BMBF gefördert wird. Nach einer Erprobungszeit von rund zwei Jahren kann bei positivem Verlauf die Vermarktung weltweit beginnen“g, erläutert Dr. Eek. Jedoch besteht bisher noch keine Perspektive, die SVK-Technologie flächendeckend einzusetzen. Denn sie steht bei der Ablösung der Amalgamtechnologie wirtschaftlich in Konkurrenz zur Membrantechnologie. Die SVK-Technologie bietet insbesondere dann eine Alternative, wenn das Koppelprodukt Wasserstoff aus der Membrananlage nicht für chemische Prozesse benötigt wird oder zu alternativen Kosten aus anderen Prozessen zur Verfügung steht. Zudem hängt eine Umrüstung auf das SVK-Verfahren neben der Verwertungsmöglichkeit desWasserstoffs am jeweiligen Standort sehr stark vom Strompreis ab.

Umweltbelastung sinkt enorm

Im Gegensatz zu den klassischenMethoden der Chlor-Alkali-Elektrolyse finden bei der SVK-Technik andere Reaktionen an einer Kathode statt. Hierbei wird Sauerstoff reduziert und keine Wasserstoff mehr gebildet. Dadurch sinkt das Potenzial der Elektrode stark ab und folglich verringert sich der Energieverbrauch gegenüber der Membrantechnologie um bis zu 30 Prozent. Denn bei der Membrantechnologie beträgt die Stromausbeute ca. 98 Prozent. Das Verfahren ist technisch ausgereift und bietet beim Energieverbrauch kein weiteres Einsparpotenzial. Die SVK-Technologie hingegen schafft die Möglichkeit, den Stromverbrauch der Chlorproduktion insgesamt zu senken.

Bei einer jährlichen Produktion weltweit von 58,9 Mio t Chlor (Stand: 2006) ist die Umrüstung bei einem derart großen Einsparpotenzial nicht nur lohnenswert, sondern hilft auch, Emissionenzu verringern. Denn durch die SVK-Technologie entstehen pro t Chlor rund1,1 t CO2. Bei der Membrantechnologie sind es rund 1,6 t und beimAmalgamverfahren rund 2 t CO2. Wenn die neue Technologie 2011 in Betrieb geht, spart der Bayer-Konzern jährlich rund 10000 t CO2 bei einer Produktionskapazität von zunächst 20000 Jahrestonnen Chlor.

Weitere Entwicklungen auf diesem Gebiet sind auch schon in Planung. Derzeit befindet sich der Konzern mit China Blue Star in Gesprächen darüber, ihr die Sauerstoffverzehrkathode zur Entwicklung innovativer Elektrolysezellen zur Verfügung zu stellen. Auch anderen Unternehmen soll nach erfolgreicher Testphase die Technik zur umweltschonenden Chlorproduktion zugänglich sein.

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Heftausgabe: März 2011

Über den Autor

Tina Walsweer,
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