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Bewertung von Syntheserouten auf Basis von Exergiebilanzen = Evaluation of synthesis pathways based on exergy balances



VerantwortlichkeitsangabePhilipp Emanuel Frenzel

Ausgabe1. Aufl.

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2015

UmfangV, 246 S. : graph. Darst.

ISBN978-3-86359-290-5


Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University.


Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
; ;

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2014-04-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-014545
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/464668/files/464668.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/464668/files/464668.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (N.N.) (416310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Chemische Erzeugnisse basieren heute zum größten Teil auf Erdöl. Einerseits ist Erdöl eine endliche Ressource, andererseits ist die Nutzung von fossilen Rohstoffen letztendlich mit Kohlenstoffdioxid-Emissionen verbunden. Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas, das für globale Veränderungen des Klimas mitverantwortlich gemacht wird. Eine alternative Kohlenstoffquelle ist Biomasse. Bis auf wenige Ausnahmen befindet sich die Entwicklung von biobasierten Syntheserouten noch am Anfang. Es ist deshalb interessant frühzeitig zu wissen, welche biobasierten Syntheserouten ein hohes wirtschaftliches Potenzial versprechen, um Ressourcen für Forschung und Entwicklung sinnvoll zu steuern. Aufgrund des noch frühen Entwicklungsstadiums dieser Syntheserouten, liegen nur wenige Informationen über ihre zukünftigen verfahrenstechnischen Prozesse vor. Für eine Evaluierung solcher Syntheserouten werden - unabhängig von der Wahl des Rohstoffs - in dieser Arbeit Exergiebilanzen angewendet.In dieser Arbeit werden verschiedene Ansätze und Strukturen von Syntheserouten thermodynamisch untersucht, die anhand der chemischen Exergie ihrer Hauptkomponenten charakterisiert werden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass aus exergetischer Sicht Syntheserouten vorteilhaft sind, deren Hauptkomponenten eine ähnliche chemische Exergie aufweisen. Aufgrund des hohen Sauerstoffgehalts von Biomasse ist die chemische Exergie von Biomasse deutlich geringer als von Erdöl. Wird Biomasse als Rohstoff eingesetzt, sind also Syntheserouten exergetisch vorteilhaft, die zu Produkten führen, die ebenfalls einen hohen Sauerstoffgehalt haben.Für einen vollständigen Rohstoffwandel zu Biomasse wird landwirtschaftliche Nutzfläche benötigt, um Biomasse bereitzustellen. Aufgrund einer weiter ansteigenden Weltbevölkerung und einer höheren Nachfrage nach landwirtschaftlichen Produkten wird landwirtschaftliche Nutzfläche zu einer knappen Ressource. Deshalb wird in dieser Arbeit die Landfläche abgeschätzt, die unter verschiedenen Rahmenbedingungen für einen vollständigen Rohstoffwandel benötigt wird. Auch hier hat sich gezeigt, dass Syntheserouten mit Strukturen, die einen niedrigen Exergiebedarf aufweisen, ebenfalls wenig Landfläche benötigen. Weil sowohl die Exergieverluste als auch der Landflächenbedarf niedrig sind, sollten neue Endprodukte mit hohem Sauerstoffgehalt und entsprechende Syntheserouten entwickelt werden, wenn Biomasse als Rohstoff eingesetzt wird.

The vast majority of chemical products is based on crude oil. On the one hand, crude oil is a limited resource, whose depletion will be more expensive and riskier in the future. On the other hand, using fossil raw materials is at last associated with carbon dioxide emissions. Anthropogenic emissions of greenhouse gases like carbon dioxide are responsible for the global climate change. An alternative carbon source is biomass. In contrast to crude oil, biomass is a renewable resource and it has functional groups fossil raw materials do not have. These can be used for synthesis. Therefore, biomass is an attractive feedstock for carbon based synthesis pathways.With a few exceptions, the development of bio-based synthesis pathways is currently only at the beginning. Therefore, it is interesting to know which bio-based synthesis pathways promise a high economic potential for managing research and development efforts reasonably. Due to the early stage of development of these routes, only little information about their prospective chemical processes is available. For an evaluation of such synthesis pathways - independent of the kind of feedstock -, a combination of material and exergy balances is suitable and applied in this thesis. Compared to energy balances, exergy balances have the advantage that a comparison of the quality of different forms of energy is possible, whereby the significance of the results increases.In this thesis, different approaches and structures of synthesis pathways characterised by the chemical exergy of the main components are thermodynamically evaluated and general recommendations for future bio-based synthesis pathways are derived. The examinations have shown that, from an exergetical point of view, synthesis pathways are favorable if the chemical exergy of their main components are relatively similar. Due to the high oxygen content of biomass, the chemical exergy is low compared to crude-oil. Using biomass as feedstock synthesis pathways leading to end products with a high oxygen content are promising to have low exergy losses. For a complete raw material change towards biomass, agricultural land is required to produce biomass. Because of a rising world population and a general increasing demand for agricultural products, agricultural land is a scarce resource. Thus, in this thesis the land use required for a complete raw material change is estimated under various boundary conditions. It has been shown that the structure of synthesis pathways that promise low exergy losses have a low land use as well. Since both exergy losses and land use is low, new end products with a high oxygen content and corresponding synthesis pathways should be developed if biomass is used as feedstock.

OpenAccess:
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(additional files)

Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT018593165

Interne Identnummern
RWTH-2015-01454
Datensatz-ID: 464668

Beteiligte Länder
Germany

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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Document types > Books > Books
Faculty of Mechanical Engineering (Fac.4)
Publication server / Open Access
416310_20140620
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 Record created 2015-03-22, last modified 2023-10-27