Die Chemieindustrie befindet sich im digitalen Umbruch

„Geschwindigkeit wird zum Wettbewerbsvorteil“ so titelt ein Interview des Fachmagazins Chemie Technik im April 2022 mit Tobias Gehlhaar, Geschäftsführer des Bereichs Chemie, Grundstoffe und Versorgungswirtschaft bei Accenture zu einer von ihnen erstellten Studie zur Zukunft der Chemiebranche.

Die Chemie gehört zweifellos zu den großen Leitindustrien in Deutschland. Da geht es wirklich um Schwerindustrie und dementsprechend sind auch die Herausforderungen ähnlich. „Das Spannende für mich ist hier besonders, wie sich die Unternehmen aus diesem Bereich nun verstärkt Themen wie Digitalisierung und KI nähern und neue Technologien adaptieren“, so Gehlhaar und ergänzt: „Ich glaube, dass es für Unternehmen in der aktuellen Phase des Umbruchs notwendig ist, die eine oder andere ‚Wette’ auf die Zukunft zu setzen.“

Ein Problem sieht er beim Thema Brennstoffbeschaffung und Energieeffizienz und glaubt, dass wir in Zukunft viel mehr Kooperationen zwischen beiden Bereichen sehen werden. Ein Hemmschuh sei hier, dass gerade deutsche Industrieunternehmen sehr zurückhaltend sind, was Partnerschaften auf Augenhöhe angeht. Die Überlegung, dass man alleine die Wertschöpfung bestimmen muss, ist teilweise sehr tief in den Unternehmenskulturen verankert.

Wo geht es in Zukunft hin?

Es gäbe in der jüngeren Wirtschaftsgeschichte durchaus Beispiele, die uns zeigten, wo die Reise hingehen könnte, argumentiert Thomas Gehlhaar: „In der Finanzbranche etwa haben wir gesehen, dass einige Innovationen in diesem Bereich nicht bei den großen Playern, sondern bei kleinen Startups, den sogenannten Fintechs, stattgefunden haben“.

So eine Entwicklung sei auch in der Chemie möglich, gerade vor dem Hintergrund der sich abzeichnenden Verwerfungen im Energiebereich. Die Vorstellung, dass Assets ein Unternehmen langfristig schützen, sei falsch. Sobald sich Innovationen durchsetzen, gäbe es zwei Möglichkeiten: Entweder die Innovatoren schaffen es nicht selbst zu skalieren, dann schwappen die Innovationen zu etablierten Unternehmen hinüber und diese können sie nutzen, beziehungsweise vermarkten. Oder aber, es erwachsen neue Player – wie beispielsweise in der Telekommunikation und Technologie – die den großen Playern dann einen substanziellen Teil ihrer Margen ,,stehlen“.

Wie sich Chemie neu aufstellen sollte

Durch neue Verordnungen und Regeln, die beispielsweise im Bereich Energiewende in den nächsten Jahren kommen werden, wird Geschwindigkeit und Bereitschaft zum Wandel zum Wettbewerbsvorteil werden. Wenn es dann bald nicht mehr vor allem um Produktionskapazitäten und Qualität geht – alles Dinge: in denen die deutsche Industrie traditionell stark ist – dann wird das zum Problem, meint Experte Gehlhaar.

Am Ende geht es um die Frage: Wie schnell ist ein Unternehmen in der Lage, von einer Idee zur Umsetzung zu kommen. Sie sollten sich selbstkritisch mit der Frage auseinandersetzen ‚wo stehen wir da’? Dabei geht es dann um verschiedene Freigabestufen, Hierarchien im Unternehmen und so weiter. Eine ehrliche Bestandsaufnahme ist hier eine sehr hilfreiche Maßnahme, betont Gehlhaar.

Wenn Unternehmen nur in ihren eigenen Produktlinien denken und diese inkrementell weiterentwickeln, wird dabei nicht die nächste Disruption entstehen, die den Markt komplett umkrempelt. Und das heißt unter Umständen Investitionen in einem Bereich zu tätigen, für den aktuell noch gar kein Markt da ist.

Quelle und Zitate: Fachzeitschrift Chemie Technik – das Original-Interview führte Jona Göbelbecker

Foto: Yellow Boat

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Produktion von Chemiefasern: Speziell angepasste Wasseraufbereitungsanlagen zur Vollentsalzung

Über die Spinnerei bis hin zur Kabelproduktion und zum Faserzuschnitt: Bei all diesen Arbeitsstufen wird vollentsalztes Wasser (VE-Wasser) benötigt – ein nahezu reines Wasser, das weitgehend elektrolytfrei ist  und eine geringe Leitfähigkeit aufweist. Etwa 70 Prozent des Wassers wird für die Produktion von Polyester-Erzeugnissen eingesetzt. Um gewünschte chemische Reaktionen hervorzurufen bzw. diese nicht zu stören, muss das Wasser möglichst salzfrei sein. Individuell angepasste Wasseraufbereitungssysteme können für einen deutlich geringeren Wartungsaufwand und eine höhere Wirtschaftlichkeit sorgen.

Durch vollentsalztes Wasser vermeiden Faserhersteller unter anderem Ablagerungen im Dampfkessel, die oft zu Korrosionsschäden und im schlimmsten Fall auch zum Bersten eines Kessels führen könnten. Alle weiteren Behältnisse, Leitungen und Armaturen, mit denen das Wasser auf seinem Weg zu den Fertigungsstufen in Kontakt kommt, werden durch vollentsalztes Wasser gleichfalls geschont, sofern sie aus geeigneten Werkstoffen bestehen.

Zuverlässigkeit und reduzierte Logistik

Individuell angepasste Wasseraufbereitungsanlagen sollten das gewünschte reine Wasser in höchster Qualität liefern, ohne den Einsatz von Gefahrstoffen auskommen, und zudem die Wartung vereinfachen sowie rund um die Uhr verfügbar sein. Tatsächlich würde ein Ausfall unter Umständen mehrere hunderttausend Euro am Tag kosten. Daher ist die Zuverlässigkeit einer solchen Anlage ein extrem wichtiges Kriterium.

Allein die Zuarbeit für den beginnenden Entsalzungsvorgang war früher viel aufwändiger. So mussten beispielsweise täglich rund 300 kg Regeneriersalz aus 25-kg-Säcken händisch in Salzbehälter gefüllt werden. Diesen hohen logistischen Aufwand spart man sich durch die neue Lösungen, bei dem große Salzsole-Bunker entstehen (in der fürs Unternehmen benötigen Größe), in denen kontinuierlich Sole gebildet wird und damit die Solezumessgefäße der Enthärtungsanlagen gespeist. In dieser Konstellation wird lediglich alle 1,5 Monate das dazu nötige Salz im Silo-LKW angeliefert.

Zweite Reinheitsstufe durch Umkehrosmose

In Umkehrosmose-Anlagen werden semipermeable Membranen eingesetzt, die ausschließlich wasser-, nicht aber salzdurchlässig sind. In dieser Stufe entsteht dann endgültig eine Vollentsalzung und das gewünschte „reine Wasser“. Alle Anlagenteile, mit denen es in Kontakt kommt, eine haben längere Lebenszeit und müssen nur sehr selten gewartet oder gereinigt werden. Und das trifft auch auf das zentrale Element der Dampferzeugung, den Dampfkessel, zu. Möglicherweise vorhandene Restmengen an Salzen müssen unter Umständen trotzdem mehrfach am Tag durch Ablass-Entspanner entfernt werden.

Das über 200° C warme Kesselwasser wird dazu auf 40° C heruntergekühlt, um so ins Abwassersystem eingeleitet werden zu können. Dazu dient vorhandenes weiches Wasser, das direkt aus der Enthärtungsanlage kommt und im Ablass-Entspanner vorgelagert wird.

Foto: chinnawat

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Eingriffsfreie Durchfluss-Messung mit Ultraschall-Sensoren – wichtig für den EX-Bereich

EX-Bereiche sind Bereiche, in denen eine explosionsfähige Atmosphäre auftreten kann. Dieses Risiko ist insbesondere dort gegeben, wo explosionsgefährliche Stoffe wie Stäube oder Flüssigkeiten hergestellt, verarbeitet, transportiert oder gelagert werden. Gerade in der chemischen Industrie mit ihren oft aggressiven und toxischen Medien setzen Anwender daher auf eingriffsfreie Messtechnik.

Neue Geräte bieten denn auch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Medien, Aggregatzustände, Rohrmaterialen und -dimensionen wie auch Druck und Temperatur. Dazu genutzte „Clamp-on“-Ultraschall­Sensoren werden einfach auf der Außenseite eines Rohrs montiert, üblicherweise sogar bei laufendem Betrieb. Durchflussmessung von der Rohraußenseite bedeutet Messen von der sicheren Seite – ohne jeden Verschleiß durch das Medium, ohne Leckage-Risiko, und ohne einen Druckverlust und damit Beeinträchtigung der Anlagenverfügbarkeit.

Besonderheiten des EX-Bereich

Solche Vorteile auch in explosionsgefährdete Bereiche zu transportieren und zwar ohne Kompromisse hinsichtlich der Messgröße und Messgenauigkeit machen zu müssen, ist sicher eine Herausforderung. Aktuelle Ultraschall-Systeme messen dazu den Durchfluss nach dem Laufzeitdifferenzverfahren. Aus der Differenz der Laufzeit von Ultraschallsignalen, die mit und gegen die Strömungsrichtung in das Rohr eingestrahlt werden, errechnet der Umformer die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Mediums und letztlich den Volumenstrom.

Im Inneren des druckfest gekapselten Gehäuses sorgt ein leistungsfähiger Prozessor für die nötige Mess-Performance. Die schnelle Messwertausgabe (auch etwa per WLAN direkt in die EDV) erlaubt die Erfassung hochdynamischer Prozesse in Echtzeit. Mess-Umformer und Sensoren werden in einem patentierten Verfahren unabhängig voneinander und ohne den Einfluss anwendungsbedingter Störgrößen kalibriert. Dadurch ist jederzeit eine hohe Messgenauigkeit sichergestellt – egal, in welcher Kombination das Messsystem eingesetzt wird.

Hohe Flexibilität für zusätzliche Anwendungsbereiche

Ein solches „Clamp-on“-Gerät misst praktisch alles was fließt. Konkret heißt dies: Die Flüssigkeitsgeräte eignen sich zur eingriffsfreien Durchflussmessung von praktisch allen flüssigen Medien, von der dünnsten Leitung bis zum größten Rohr – unabhängig vom innen herrschenden Druck und das über einen großen Temperaturbereich. In Verbindung mit einer entsprechenden Sensor-Anbringung für Extrem-Temperaturen kann der Durchfluss von Flüssigkeiten in einem Temperaturbereich von -190°C (zum Beispiel im Fall von LNG) bis über 600°C eingriffsfrei gemessen werden. Die Technologie der Flüssigkeitsgeräte ermöglicht eine zuverlässige Durchflussmessung auch von Flüssigkeiten mit erhöhtem Feststoff- beziehungsweise Gasanteil.

Foto: 279photo

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Nachhaltigkeit im Vordergrund: Wasser als Kältemittel einsetzen

Um eine funktionierende Kreislaufwirtschaft in ihrer Gesamtheit ökologisch sinnvoll umzusetzen, müssen, neben der Steigerung des Kunststoffrecyclings und eines umfangreichen Rezyklat-Einsatzes, auch die CO2- Emissionen der Verarbeitungsprozesse gesenkt werden.

Das Grundproblem der kunststoffverarbeitenden Industrie ist eine stets notwendige Kälteversorgung, meist basierend auf energieintensiven Prozessen in Kombination mit Kältemitteln, die ein hohes Treibhausgas-Potenzial haben. Einige Kunststoff-Verarbeiter setzen mittlerweile auf Wasser als natürliches und vor allem CO2-neutrales Kältemittel in ihren Kühl- und Kältemaschinen. Für eine funktionierende Kreislaufwirtschaft reicht es eben nicht aus, die Materialbeschaffenheit des Produktes hinsichtlich Nachhaltigkeit zu optimieren. Extruder, Spritzgießmaschinen oder auch Walzen – Kühlung spielt beim Verarbeiten von Kunststoffen eine große Rolle – es ist sogar qualitätsentscheidend, dass es zu keinen großen Temperaturschwankungen kommt.

Laut dem International Institute of Refrigeration werden acht Prozent der globalen Emissionen allein durch die Kälteindustrie verursacht, schreibt Angelika Thum von Efficient Energy in der Fachzeitschrift ‚Plastverarbeiter’. Mit dem Umstieg auf natürliche Kältemittel wie Wasser, Luft, Ammoniak, Propan oder CO2 könnten die direkten Emissionen fast komplett vermieden werden. Die entsprechenden Kältetechnologien sind verfügbar, in der Industrie bereits erprobt und können mittlerweile auch den gesamten Kältebedarf abdecken.

Wasser – ein natürliches und unproblematisches Kältemittel

Mit Themen wie Treibhauspotenzial, Toxizität oder Explosivität des Kältemittels müssen sich Betreiber einer Kältemaschine mit dem Medium Wasser nicht mehr beschäftigen. Auch aus Sicht der Energieeffizienz hat Wasser aufgrund seiner hohen Verdampfungswärme einen Vorteil gegenüber F-Gasen (fluorierte Treibhausgase).

Gesetzesvorgaben zur Senkung der CO2-Aquivalente von F-Gasen führten und führen dazu, dass manche Kältemittel zur Ganze verboten und andere in weniger als zehn Jahren vermutlich mehrfach wechseln werden. Dies hat Engpässe, Preissteigerungen, einen erhöhten Wartungsaufwand von Bestandsanlagen und im Zweifelsfall eine eingeschränkte Betriebssicherheit zur Folge. Zudem müssen F-Gase transportiert, gelagert, bereitgestellt und entsorgt werden. All diese Punkte entfallen beim Verwenden von Wasser und helfen Unternehmen, ihren CO2-Fußabdruck zu reduzieren.

Unter diesen Gesichtspunkten ist auch das Konzept ‚Free Cooling’ sehr interessant. In dieser freien Kühlung wird bei entsprechend niedrigen Außentemperaturen der typischerweise zum Einsatz kommende Verdichter seine Drehzahl reduzieren beziehungsweise komplett ausgeschaltet. Dadurch wird die dort benötigte Energie eingespart und die Betriebskosten der Kälteanlage noch einmal reduziert.

Foto: visoot

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