Neue Destillationsanlage der Superlative: Multiple Trennwandkolonne halbiert Energie- und Investitionskosten

An der Universität Ulm ist eine weltweit einmalige Destillationsanlage in
Betrieb gegangen. Die Multiple Trennwandkolonne schafft so viele
Trennprozesse wie drei bislang eingesetzte Anlagen in der Chemischen
Industrie. Dabei halbiert das Ulmer Unikat die Energie- und
Investitionskosten. Die Multiple Trennwandkolonne steht im neuen Technikum
der Universität: Sie erstreckt sich über drei Etagen und ist fast zehn
Meter hoch.

Ulmer Chemieingenieure haben eine hochleistungsfähige und vor allem
nachhaltige Destillationsanlage in Betrieb genommen. Die weltweit
einzigartige Multiple Trennwandkolonne bewältigt ebenso viele chemische
Trennprozesse wie drei übliche Destillationsanlagen in der Industrie.
Dabei verbraucht die Ulmer Kolonne nur halb so viel Energie; die
Investitions- und Betriebskosten sind deutlich niedriger. Die Destillation
ist ein Kernprozess der chemischen Industrie, der etwa zehn Prozent des
globalen Energieverbrauchs ausmacht.

Sie ist fast zehn Meter hoch und erstreckt sich über drei Etagen: Im neuen
Technikum der Universität Ulm steht die erste Multiple Trennwandkolonne
der Welt. Lange Zeit war strittig, ob der Betrieb einer so komplexen
Destillationsanlage überhaupt möglich ist. Doch nach viereinhalb Jahren
Forschungsarbeit an der Uni Ulm ist die Umsetzung geglückt. „Unsere
Machbarkeitsstudien sind sehr vielversprechend. Die Multiple
Trennwandkolonne erlaubt die Auftrennung eines Gemisches, für das bisher
drei Destillationsanlagen erforderlich waren. Dabei ist der
Energieverbrauch um bis zu 50 Prozent reduziert", erklärt Professor Thomas
Grützner vom Institut für Chemieingenieurwesen.

Die Destillation zählt zu den wichtigsten Prozessen der Chemischen
Industrie: Etwa zehn Prozent des globalen Energiebedarfs gehen auf das
Konto dieses Trennprozesses – von der Rohölaufbereitung bis zur
Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe. Zweck des Vorgangs ist nicht nur
die Aufreinigung chemischer Produkte, sondern auch das Recycling von
Lösemitteln.
Von einem zukünftigen Einsatz der Multiplen Trennwandkolonne würden
Industrieunternehmen enorm profitieren: Die neuartige Destillationsanlage
kann ein Gemisch in vier reine Komponenten trennen. Im Vergleich zu bisher
eingesetzten Verfahren sind die Investitionskosten nur etwa halb so hoch.

Professor Thomas Grützner, der die Multiple Trennwandkolonne mit seinem
Team erstmals umsetzen konnte, hat selbst viele Jahre in der Chemie-
Industrie gearbeitet und ist mit Destillationsprozesse bestens vertraut:
„Nach meinem Wechsel an die Universität Ulm habe ich sofort mit der
Entwicklung der neuartigen Destillationsanlage begonnen“, erinnert sich
der Chemieingenieur. Zunächst arbeiteten Thomas Grützner und sein Team mit
mathematischen Modellierungen und Computersimulationen, um insbesondere
das dynamische Verhalten der Anlage zu verstehen. Hätten die Forschenden
Prozesse einer bislang in der Industrie eingesetzten Trennwandkolonne auf
ihr Großgerät übertragen, würde das „Anfahren“, also die Inbetriebnahme,
jedes Mal mehr als einen Tag dauern. Dank aufwändiger Computersimulationen
ist die Beprobung der Multiplen Trennwandkolonne nun schon nach wenigen
Stunden möglich.

Vor anderthalb Jahren konnten die Chemieingenieurinnen und -ingenieure den
Bau der weltweit ersten Multiplen Trennwandkolonne in Auftrag geben – wozu
nur wenige europäische Anbieter in der Lage waren. Zeitgleich musste das
neue Technikum an der Universität Ulm fertig gestellt werden: In einer
explosionsgeschützten Umgebung konnte die Destillationsanlage der
Superlative im September 2021 in den Testbetrieb gehen. Das Großgerät mit
einer Heizleistung von 10 kW verfügt über 70 verbaute Sensoren. Der Druck
innerhalb der Anlage kann bis zum Vakuum eingestellt werden – je nachdem
welches Gemisch getrennt werden soll.
Derzeit lernen die Ulmer Forschenden die Multiple Trennwandkolonne sicher
zu bedienen, verschiedene Reinheitsgrade einzustellen und auf Störungen zu
reagieren. Dabei stehen sie in engem Kontakt mit internationalen
Forschungseinrichtungen und potenziellen Anwenderinnen und Anwendern in
der Chemischen Industrie.

„Wenn die Multiple Trennwandkolonne Anwendung in der Industrie findet,
trägt unsere Forschung massiv zum Klimaschutz bei. Auf chemische
Trennprozesse, die einen relevanten Teil des globalen Energiebedarfs
ausmachen, werden Unternehmen auch in Zukunft nicht verzichten können. Die
Multiple Trennwandkolonne weist den Weg, wie dieser grundlegende Vorgang
energieeffizienter werden kann. Mit unserer Anlage wollen wir
demonstrieren, dass der Betrieb funktioniert", resümiert Thomas Grützner.

Die neuartige Destillationsanlage hat etwa 600 000 Euro gekostet – die
Hälfte wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.
Außerdem unterstützte die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) das
Projekt.