ThyssenKrupp. techforum. Ausgabe 1 I Wir entwickeln die Zukunft für Sie.

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1 ThyssenKrupp techforum Ausgabe 1 I 2013 Wir entwickeln die Zukunft für Sie.

2 Titelbild Seit mehr als 50 Jahren errichtet ThyssenKrupp Uhde nunmehr Chlor-Alkali- Elektrolyse-Anlagen für die chemische Industrie. Bei der konventionellen Methode wird mittels dieser Anlagen Natriumchlorid, also Kochsalz, in einer wässrigen Lösung zersetzt (Titelbild: mit dem Rasterelektronenmikroskop fotografierte Salz (NaCl)-Kristalle). Bei diesem Elektrolyse-Verfahren entstehen auf Seiten der Anode Chlor und kathodenseitig Natronlauge sowie Wasserstoff. Technisch muss die Elektrolyse so durchgeführt werden, dass Anodenprodukt und Kathodenprodukte getrennt voneinander bleiben, weil sonst unerwünschte Nebenprodukte wie Chlorknallgas und Natriumhypochlorid entstehen würden. Chlor kommt bei der Synthese von nahezu zwei Dritteln aller chemischen Erzeugnisse zum Einsatz. Seine Herstellung aus Kochsalz mittels Elektrolyse ist sehr energieaufwendig. Von den bisher entwickelten Elektrolyse-Verfahren, galt das Membran- Elektrolyse-Verfahren als das energieeffizienteste: Eine Tonne Chlor lässt sich mit diesem Verfahren mit bis kwh Strom erzeugen. Ende der 90er Jahre begann die Entwicklung einer Variante dieses Membran- Elektrolyse-Verfahrens seitens Experten von UHDENORA S.p.A., einem Joint Venture aus ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A. Bei diesem neuartigen Verfahren wird kein Wasserstoff produziert. Die Kathode wird durch eine sog. Sauerstoff- Verzehrkathode ersetzt. In ihr setzt sich eingeleiteter Sauerstoff mit Wasser in einer 3-Phasen-Reaktion um, wobei sich Hydroxyl-Ionen bilden. Weil demnach Sauerstoff verbraucht wird, nennt man die Gasdiffusionselektrode häufig Sauerstoff-Verzehr- Kathode (SVK). Die Reaktion läuft bei einer geringeren Spannung ab. Das bedeutet, dass der Stromverbrauch und der Emissionsausstoß im Vergleich zur bisher üblichen Membran-Elektrolyse weiter reduziert werden können. Deutschlandweit bedeutet dies, dass ein Prozent des gesamten Strombedarfes und rund drei Millionen Tonnen CO 2 mit dieser neuen Technologie eingespart werden können. Weltweit liegt das Einsparpotenzial bei ca. 20 Millionen Tonnen CO 2. Das Verfahren der Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer SVK-Technologie wurde mit dem ThyssenKrupp Innovationspreis 2012 ausgezeichnet. Herausgeber ThyssenKrupp AG, Corporate Center Technology, Innovation & Quality, ThyssenKrupp Allee 1, Essen Redaktion: Guido Focke, Telefon: , Fax: Erscheinungsweise ThyssenKrupp techforum erscheint ein- bis zweimal jährlich in deutscher und englischer Sprache. Nachdruck nur mit Genehmigung des Herausgebers. Fotomechanische Vervielfältigung einzelner Aufsätze ist erlaubt. Der Versand des ThyssenKrupp techforum erfolgt über eine Adressdatei, die mit Hilfe der automatisierten Datenverarbeitung geführt wird. ISSN

3 Vorwort / 03 Liebe Leserinnen, liebe Leser, Innovationen sind die Basis für eine erfolgreiche Zukunft. Dies gilt heute mehr als je zuvor. Denn langfristige Trends wie Bevölkerungswachstum, Urbanisierung und die Globalisierung der Warenströme führen dazu, dass die Nachfrage kontinuierlich steigt. Die Welt braucht immer mehr. Doch die natürlichen Ressourcen sind begrenzt. Wir brauchen bessere Lösungen und Produkte: Wir müssen Energie effizienter nutzen, Konsum- und Industriegüter umweltschonender produzieren und eine nachhaltigere Infrastruktur aufbauen. Wir als ThyssenKrupp können mit unserer Ingenieurkunst dazu beitragen, das weltweite Wachstum nachhaltig zu gestalten. In diesem techforum möchten wir Ihnen einige herausragende Innovationen vorstellen, insbesondere am Beispiel der Preisträger des letztjährigen ThyssenKrupp Innovationswettbewerbs, aber auch weitere erfolgreiche Projekte aus unserem Konzern. Den ersten Preis im Innovationswettbewerb hat ThyssenKrupp Uhde gewonnen. Das Unternehmen entwickelte ein neues, wesentlich energieeffizienteres Verfahren für die Chlor-Alkali- Elektrolyse. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert, 13 Partner aus Industrie und Wissenschaft haben dabei zusammengearbeitet. Dass sich Windkraftanlagen auf See jetzt deutlich schneller, lärmgemindert und zu geringeren Kosten errichten lassen, ist das Ergebnis einer Neuentwicklung von ThyssenKrupp Tiefbautechnik. Das Unternehmen erhielt für die Entwicklung einer Vibrationsramme zur Gründung von Offshore-Windenergieanlagen den zweiten Preis beim ThyssenKrupp Innovationswettbewerb. Den dritten Preis erhielt ein Team von ThyssenKrupp Steel Europe für die Entwicklung des steifigkeitsoptimierten Stahl/Kunststoff/Stahl-Verbundwerkstoffes LITECOR. Das in drei Lagen ausgeführte Composite-Material kombiniert die Festigkeit von Stahl mit dem niedrigen Gewicht von Kunststoff bei sehr hoher Biege- und Beulsteifigkeit. Einem Team von ThyssenKrupp Resource Technologies wurde für ein neues Antriebskonzept für Zementmühlen der Sonderinnovationspreis Energie und Umwelt verliehen. Mit der Vertikalrollenmühle Quadropol RD können feinere Zemente mit höheren Fremdmaterialanteilen erzeugt werden. Der Anteil von Klinker im Zement kann reduziert werden, wodurch sich neben weiteren Vorteilen für den Anlagenbetreiber die CO 2 -Emissionen deutlich reduzieren lassen. Liebe Leserinnen und Leser: Wer Innovation nicht dem Zufall überlassen will, benötigt kreative Mitarbeiter, Netzwerke, Prozesse und Werkzeuge. Was ThyssenKrupp unternimmt, um technologischen Erfolg reproduzierbar zu machen, ist ein weiterer Schwerpunkt dieser Ausgabe. Exzellente Innovatoren sind rar gesät. In einem Bericht aus dem Corporate Center Human Resources lesen Sie, wie ThyssenKrupp seinen innovativen Nachwuchs findet, durch attraktive Programme an das Unternehmen bindet und welche weiteren Chancen sich den Programmteilnehmern und damit auch letztlich unserem Konzern bieten. Weltweit unterhält ThyssenKrupp eine sehr große Zahl langjähriger Verbindungen zu wissenschaftlichen Institutionen, mit deren Unterstützung wir in Kooperationen, Workshops und Weiterbildungsprogrammen gemeinsam Projekte zum Erfolg führen. Unsere Kunden stehen im Zentrum all unserer Aktivitäten. Kundenanforderungen durch Prozessoptimierung und die Entwicklung neuer Produkte sowie Prozesse vollständig und profitabel zu erfüllen, sind Ziele der Six-Sigma-Methodik. Diese wollen wir Ihnen durch Berichte über beispielhafte Projekte näher bringen. Unter dem Stichwort Industrie 4.0 schließlich steht der Beitrag über leistungsfähige Softwareund Engineering-Tools, mit denen unsere Unternehmen die Anforderungen der jüngsten industriellen Revolution umsetzen. Ich wünsche Ihnen viel Vergnügen bei der Lektüre und interessante Einblicke in die Welt der Innovation. Ihr Dr.- Ing. Heinrich Hiesinger Vorsitzender des Vorstands

4 04 / Inhalt 08 / 12 / 18 / 24 / 30 / 36 / 08 / Nahwärme für die Lackieranlage direkt vom Bauernhof DIPL.-ING. RAINER SCHOLZ, Dipl.-ING. Thomas Wörmann ThyssenKrupp Bilstein GmbH Früher entwich die Abwärme zweier Blockheizkraftwerke auf dem Ulmenhof bei Mandern in Rheinland-Pfalz in die Luft. Jetzt erhitzt Landwirt Backes damit Wasser und leitet es per Leitung ins benachbarte Werk von ThyssenKrupp Bilstein. Ein Paradebeispiel, wie Abwärmepotenziale im Rahmen von betrieblichen Prozessen nutzbar werden. Der Autozulieferer, der in Mandern mit mehr als 800 Mitarbeitern Stoßdämpfer und Luftfedersysteme für verschiedene nationale und internationale Automobilhersteller produziert, spart auf diese Weise die Hälfte seiner Energiekosten. 12 / EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen Dipl.-Ing. (FH) Carsten Blessing ThyssenKrupp Aufzugswerke GmbH nicola Dangerfield ThyssenKrupp Aufzüge GmbH Zukunft braucht Innovation. Mit dem neuen Aufzugdesignkonzept EVOLUTION BLUE werden neue Maßstäbe im Bereich Flexibilität, Schachteffizienz, Energieeinsparung und Design erzielt. Dabei steht der Einsatz hochwertigster Materialien im Mittelpunkt.

5 Inhalt / / Energiesparende Chlorproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer Kathoden-Technologie Dipl.-Ing. Peter Woltering, Dr.-Ing. Philipp Hofmann, Frank Funck, Dr.-Ing. Randolf Kiefer, Dr.-Ing. Ulf-Steffen Bäumer, Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Dmitri Donst, Dr.-Ing. Carsten Schmitt Thyssen Krupp Uhde GmbH Chlor kommt bei der Synthese von fast zwei Dritteln aller chemischen Erzeugnisse zum Einsatz. Seine Herstellung aus Kochsalz mittels Elektrolyse verbraucht sehr viel Energie. ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A. mit dem gemeinsamen Joint Venture UHDENORA S.p.A. haben einen wesentlichen Anteil daran, dass nun weltweit eine Technologie zur Verfügung steht, mit der bis zu 30 Prozent Energie gegenüber dem konventionellen Verfahren eingespart werden kann. Die Technologie beruht auf dem Einsatz einer Sauerstoff- Verzehr-Kathode und eines darauf abgestimmten innovativen Designs des Kathodenraumes im Uhde-Single- Element. Allein in Deutschland würde bei flächendeckender Umrüstung aller Anlagen auf die neue Technologie eine Strommenge eingespart, die ausreichen würde, um eine Großstadt wie Köln zu versorgen. 24 / Quadropol RD Weltweit erste Vertikalrollenmühle mit angetriebenen Rollen Dr.-Ing. Thomas Schmitz, Dipl.-Ing. Markus Berger, Dipl.-Ing. Heiko Fornefeld, Dipl.-Ing. Ludger Kimmeyer ThyssenKrupp Resource Technologies GmbH Die Zementindustrie verlangt zunehmend nach Mahlanlagen, mit denen hochfeine Zemente energieeffizient hergestellt werden können. Die Vertikalmühle mit angetriebenen Rollen erfüllt aufgrund ihres innovativen Antriebskonzeptes diese Forderung. Obwohl in der Mühle selbst keinerlei CO 2 -Emissionen freigesetzt werden, trägt die Mühle bei der Erzeugung von hochfeinen Kompositzementen zur Senkung der spezifischen CO 2 -Emissionen eines Zementwerkes bei. 30 / Seegangsberechnung on board Data Mining auf hoher See DR. RER. NAT. ANDREAS DIEKMANN, DR.-ING. FLORIAN DIGNATH, DR. RER. NAT. QINGHUA ZHENG TechCenter Control Technology DIPL.-ING. MANUEL SCHARMACHER ThyssenKrupp Marine Systems GmbH In einem Team aus dem TechCenter Control Technology und der ThyssenKrupp Marine Systems GmbH wurde ein Verfahren zur mathematischen Bestimmung des Seeganges direkt aus den Bewegungsdaten eines Schiffes entwickelt, d.h. ohne den Einsatz zusätzlicher, z.b. radarbasierter Sensoren. Die Vorgehensweise basiert auf der Technik des Data Mining, die bisher vor allem zur Analyse komplexer Systeme u.a. in der Finanz- und Sozialwissenschaft verwendet wurde. Mit der Entwicklung dieses Verfahrens konnte gezeigt werden, dass Data Mining auch im technischen Kontext für die Gewinnung von Größen, die nicht bzw. nicht unmittelbar messbar sind, wirkungsvoll angewandt werden kann. Dies ist vermehrt auch für Verfahren zur Prozesssteuerung und -optimierung in Industrieanlagen von Bedeutung. 36 / Virtuelle Inbetriebnahme von Produktionsanlagen Marcel Liebaug, Dr.-ING. Matthias Hartmann ThyssenKrupp System Engineering GmbH Die Realisierung von Fertigungsanlagen im Karosserierohbau stellt eine hochkomplexe Aufgabe dar, die in einem sehr engen Zeitplan erfolgreich durchgeführt werden muss. ThyssenKrupp System Engineering setzt mit der Virtuellen Inbetriebnahme eine Methode aus dem Baukasten der digitalen Fabrik ein, mit der das zur Verfügung stehende Zeitfenster effektiv genutzt wird und Fehlerkosten reduziert werden. Die Methode basiert darauf, die digitalen dreidimensionalen CAD-Modelle (Computer Aided Design) der Anlage mit der in SPSund Roboterprogrammen hinterlegten Funktionalität und Logik nach dem Prinzip Hardware-in the-loop (HIL) so zu verknüpfen, dass Analysen und Korrekturen des programmierten Anlagenverhaltens möglich werden. Die Methode wird bei ThyssenKrupp System Engineering erfolgreich in Kundenprojekten eingesetzt und kontinuierlich weiterentwickelt.

6 06 / Inhalt 42 / 48 / 54 / 60 / 66 / 72 / 42 / Gründung von Offshore Windenergieanlagen Entwicklung einer speziellen Vibrationsramme mit erweiterter Funktion Dr.-Ing. Johannes Köcher, Dipl.-Ing. Dirk Ulrich ThyssenKrupp Tiefbautechnik GmbH Für die sichere Verankerung von Stahlgerüstfundamenten als Basisstruktur von Offshore-Windenergieanlagen, werden diese mit Nägeln am Meeresboden verankert. Die Nägel bestehen aus Rohren mit Gewichten bis zu 140 t und werden mit Hilfe der Vibrationstechnik in den Meeresboden eingetrieben und durch anschließendes Nachschlagen verankert. ThyssenKrupp Tiefbautechnik hat eine Vibrationsramme dahingehend weiter entwickelt, dass sie das Rammgut direkt vom Arbeitsschiff oder Ponton aus in der Waagerechten aufnehmen und dann senkrecht in den Boden einvibrieren kann. Hierdurch werden die Installationszeiten signifikant verkürzt und damit die Gründungskosten deutlich gesenkt. 48 / LITECOR Die neue Art, leicht zu bauen Dr.-Ing. Thorsten Böger, Dipl.-Kfm. (FH) Oliver Middelhauve ThyssenKrupp Steel Europe AG Kosten, Gewicht und Performance gelten als die drei zentralen Zielgrößen in der Automobilindustrie. Möglichst günstig, leicht und dabei gleichzeitig leistungsfähig und sicher sollen moderne Fahrzeuge sein. Dies stellt zunehmend höhere Ansprüche an die dort eingesetzten Werkstoffe. Die Zukunft könnte dabei den Hybridwerkstoffen gehören. Materialien wie LITECOR, einem extrem biege- und beulsteifen Stahl-Polymer-Werkstoffverbund, der die Festigkeit von Stahl mit dem niedrigen Gewicht von Kunststoff kombiniert und so neue Impulse beispielsweise für den Karosserieleichtbau in der Automobilindustrie liefert. ThyssenKrupp techforum 1 I 2012

7 Inhalt / / ThyssenKrupp Akademischer Nachwuchs im Fokus Ingenieurkunst im Spannungsfeld zwischen Wachstum und Umweltschutz M.A. Helge kroll, DiPl.-Kffr. (FH) Sarah Heidelberg, Dipl.-Kfm./M.Sc. Andreas Bausenwein ThyssenKrupp AG Die Präsenz an Universitäten und Fachhochschulen wird für ThyssenKrupp immer wichtiger. Der Technologiekonzern zeigt sich dort als attraktiver Arbeitgeber und knüpft frühzeitig Kontakte zu den Studierenden. Zu den Schwerpunktuniversitäten in Aachen, Berlin, Bochum, Dortmund und Dresden unterhält ThyssenKrupp seit Jahren enge Beziehungen. Hinzu kommen bundesweit viele weitere Partner-Universitäten und Fachhochschulen sowie Hochschulen in Brasilien, China, Japan und Russland. Die Berufseinstiegsprogramme richten sich an den spezifischen Ansprüchen der unterschiedlichen Zielgruppen aus. Das Praktikantenbindungsprogramm NEXT GENERATION nimmt die besten Praktikanten auf. In ausgewählten Veranstaltungen werden sie systematisch auf ihren späteren Berufseinstieg im Konzern vorbereitet. Für Akademiker mit Forschungsinteresse bietet das Doktorandenprogramm YOUR INNOVATION die Möglichkeit, an den neuesten Technologien im Konzern mitzuarbeiten. Im Konzern-Traineeprogramm Create (y)our future lernen die Trainees verschiedene Tätigkeitsbereiche und Business Areas strategisch und operativ kennen. Projekteinsätze im Ausland runden die Vorbereitung auf Schlüsselpositionen im Konzern ab. 60 / Innovationsfaktor Kooperation ThyssenKrupp Elevator setzt weltweit auf Hochschulpartnerschaften Dipl.-Wirtsch.-Inf. (FH)/MBA Sascha Frömming, Dipl.-Ing. (FH) Thomas Ehrl ThyssenKrupp Elevator AG Dipl.-Ing./M.A.S. Javier Sesma ThyssenKrupp Elevator Innovation Center, Dipl.-Ing. Thomas Felis ThyssenKrupp Elevator Americas Dipl.-Journ. (FH) Jens Holtgrefe ThyssenKrupp Business Services GmbH Innovationen gelten gerade in einer Zeit fortschreitender Globalisierung und technologischen Wandels als Schlüssel zur Wettbewerbsfähigkeit und zum Wirtschaftswachstum. Doch dahinter verbergen sich nicht nur die Entwicklung und der Einsatz neuer Technologien: Nachhaltige Innovationsfähigkeit setzt vor allem hochqualifizierte Fachkräfte sowie zunehmend auch einen verstärkten und umfassenden Wissensaustausch zwischen Wirtschaft und Forschung voraus. Experten bewerten diese Zusammenarbeit sogar als maßgeblich für die zukünftige Leistungsfähigkeit von Industrie und Gesellschaft. ThyssenKrupp Elevator hat in den vergangenen Jahren seine weltweiten Kooperationen mit verschiedenen Hochschulen kontinuierlich ausgebaut. Begleitet wurde dieser Prozess von einer tiefgreifenden Veränderung und Stärkung des unternehmensweiten Innovationsmanagements. 66 / Six Sigma und Lean im Rahmen der Operational Excellence Aktivitäten bei ThyssenKrupp Dipl.-Ing. Peter Krechel ThyssenKrupp AG, b.eng. Marcio R. Tassoni ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda. Sibylle Degenhardt ThyssenKrupp Schulte GmbH, Dipl.-Kfm. Thorsten Zauber ThyssenKrupp Steel Europe AG ThyssenKrupp stellt seine Prozesse und Produkte kontinuierlich auf den Prüfstand. Basis hierfür sind neben qualifizierten und motivierten Mitarbeitern häufig Vorgehen und Werkzeuge aus dem Bereich Operational Excellence, die in der Toolbox Operational Excellence zusammengefasst sind. Anhand mehrerer Beispiele wird der Einsatz der Tools in Administration, Produktion und Logistik gezeigt. 72 / Engineering Tools als eine Basis für Industrie 4.0 DR.-Ing. DIRK ZIESING, Dipl.-Ing. NIKLAS HOCHSTEIN ThyssenKrupp AG Industrie 4.0 die vierte industrielle Revolution ist ein in der Fachpresse viel diskutiertes Thema. ThyssenKrupp steht dabei vor einer Reihe von Herausforderungen. Die Beherrschung wachsender Produktanteile aus Elektronik- und Software-Komponenten und des immer straffer organisierten und hoch-integrierten Entwicklungsprozesses sowie die nahtlose und hoch-flexible Fertigungsanbindung sind Schlüsselkompetenzen, die den Konzern in die Zukunft führen. Reales und virtuelles Produkt verschmelzen zusehends. Im Engineering eingesetzte Software Tools und deren nahtlose Verknüpfung spielen dabei eine zentrale Rolle als Infrastruktur für das Produktwissen.

8 08 / Nahwärme für die Lackieranlage direkt vom Bauernhof DIPL.-ING. RAINER SCHOLZ Leiter Werksservice ThyssenKrupp Bilstein GmbH Mandern Dipl.-ING. Thomas Wörmann Leiter Marketing ThyssenKrupp Bilstein GmbH Ennepetal Die beiden Blockheizkraftwerke liefern mit Ihrer Abwärme die entsprechende Energie zur Nahwärmeversorgung.

9 Nahwärme für die Lackieranlage direkt vom Bauernhof / 09 Früher entwich die Abwärme zweier Blockheizkraftwerke auf dem Ulmenhof bei Mandern in Rheinland-Pfalz in die Luft. Jetzt erhitzt Landwirt Backes damit Wasser und leitet es per Leitung ins benachbarte Werk von ThyssenKrupp Bilstein. Ein Paradebeispiel, wie Abwärmepotenziale im Rahmen von betrieblichen Prozessen nutzbar werden. Der Autozulieferer, der in Mandern mit mehr als 800 Mitarbeitern Stoßdämpfer und Luftfedersysteme für verschiedene nationale und internationale Automobilhersteller produziert, spart auf diese Weise die Hälfte seiner Energiekosten. Wärmeversorgung im ThyssenKrupp Bilstein Werk in Mandern Fernwärme den meisten ist diese Form der Versorgung ein Begriff. Die Idee, thermische Energie zu transportieren, ist nicht neu. Schon die Römer leiteten heißes Wasser in Gebäude, um den Boden zu heizen. Aber warum in die Ferne schweifen. Schließlich gibt es Nahwärme. Dass sich damit die Energiekosten ganzer Bereiche eines Produktionsstandortes um mehr als die Hälfte reduzieren lassen, beweist das Hans Bilstein Werk in Mandern, Rheinland-Pfalz, wo ThyssenKrupp Bilstein mit mehr als 800 Mitarbeitern Stoßdämpfer und Luftfedersysteme für verschiedene nationale und internationale Automobilhersteller von Smart über Mercedes-Benz bis Porsche produziert. Statt in die Luft, leitet der benachbarte landwirtschaftliche Betrieb Ulmenhof die Abwärme zweier Blockheizkraftwerke über eine rund 700 Meter lange Hin- und Rückleitung in das Hans Bilstein Werk / Bilder 1 bis 3 /. Seit zwei Jahren nutzt dort der Fahrwerkspezialist das 90 C heiße Wasser, um die Lackieranlage für Stoßdämpfer vorzuheizen. Ein in doppelter Hinsicht lohnendes Experiment, denn seitdem sparte das ThyssenKrupp Unternehmen rund Liter Heizöl pro Jahr. Auch die Umwelt profitiert: Seit der cleveren Nutzung der Nahwärme blies das Werk in Mandern rund 5,7 Tonnen weniger CO 2 in die Atmosphäre. Nahwärme vom benachbarten Bauernhof Der Ulmenhof der Familie Backes, in Sichtweite des ThyssenKrupp Bilstein Werkes gelegen, betreibt seit 2006 eine Biogasanlage, die aus nachwachsenden Rohstoffen ein Gasgemisch mit 55 Prozent Methan- Anteil erzeugt. Die Anlage funktioniert wie eine Kuh, die Mais, Gras oder Getreide frisst und neben Gülle auch Methan produziert, erklärt Ralf Backes. Damit betrieb der findige Landwirt zunächst zwei Blockheizkraftwerke (BHKW). Deren Strom ging ins Netz, die Abwärme dagegen entwich ungenutzt in die Luft, was wiederum der geschäftstüchtige und umweltbewusste Energielieferant zutiefst bedauerte. Und so fügte sich schließlich zusammen, was aus energie- und umwelttechnischer Sicht zusammengehört. Denn nur 700 Meter entfernt zerbrach sich Rainer Scholz, Leiter Werksservice des ThyssenKrupp Bilstein Werkes, den Kopf, wie sich angesichts des Verbrauches von 22 Gigawatt Strom und Litern Heizöl pro Jahr gleichzeitig Energiekosten und Umweltbelastung senken lassen. Schließlich wird nachhaltiges Produzieren bei ThyssenKrupp Bilstein von jeher großgeschrieben. Bild 1 / Im Vordergrund der Ulmenhof der Familie Backes, der mit seiner Biogasanlage bis zu 500 kw Nahwärme an das dahinter liegende Hans Bilstein Werk von ThyssenKrupp Bilstein liefert.

10 10 / Nahwärme für die Lackieranlage direkt vom Bauernhof Das Hans Bilstein Werk in der Nähe von Mandern, einem kleinen Ort im Landkreis Trier-Saarburg, beherbergt seit 1956 die Produktion für die Großserie. Bis zu Einheiten verlassen derzeit pro Tag das Werk, bei Bedarf an sechs Tagen in der Woche rund um die Uhr. Das macht mehr als drei Millionen Dämpfer pro Jahr. Bis 2015 soll die Produktion auf fünf Millionen Einheiten ausgeweitet werden. Roboter mit vier beweglichen Achsen, zwei Greifarmen und zwei Halterungen schweißen Dämpferrohre und -augen zusammen, fertigen klassische Ein- und Zweirohrdämpfer sowie aktive Fahrwerksysteme. Andere Maschinen stanzen rund Ventil-Federscheiben pro Tag. Es wird erhitzt, gelocht und gefräst. Im Rahmen der Produktion benötigt das Werk besonders viel Prozesswärme für die Vorbehandlung der Stoßdämpfer in Waschbädern sowie während der Phosphatierung in der Lackiererei. Kolbenstangen laufen hier durch Chrombäder. Im Abstand von zehn Zentimetern gleiten Dämpferrohre durch die Anlage, glänzen anschließend in gelb für Porsche, grün für Jaguar oder schwarz für Mercedes-Benz. Bis zum Anruf von Landwirt Backes war speziell dieser Bereich auf teures Heizöl angewiesen. Der Betrieb eines eigenen BHKW oder die Nutzung einer Photovoltaikanlage kamen aus technischen Gründen nicht in Frage. Für das BHKW fehlte der Gasanschluss. Die Montage der Sonnenkollektoren scheiterte an der Statik der Hallen. Auch Windkraft ist in der Tallage kein Thema. Die Lösung lieferte schließlich der Ulmenhof. Über Wärmetauscher wird das zur Kühlung der BHKWs verwendete Wasser durch die wiederum von den BHKWs erzeugte Wärmeenergie erhitzt. Die Wärme fließt also mit dem Wasser zum ThyssenKrupp Bilstein Werk, um dort ebenfalls über Wärmetauscher an den Heizkreislauf der Lackieranlage abgegeben zu werden. Das abgekühlte Wasser fließt schließlich über das Rücklaufsystem wieder zum Ulmenhof zurück. Die Abgabe von ungenutzter Abwärme an die Umgebung war damit passé, der Gesamtnutzungsgrad der Anlage verbesserte sich immens. Nach ersten Gesprächen begann Ende 2008 die Zusammenarbeit zwischen landwirtschaftlichem Betrieb und hochmoderner Produktionsanlage. Ein Jahr später startete das Projekt offiziell mit einem Wärmeliefervertrag. Nachdem sich beide Seiten über alle Modalitäten verständigt hatten, investierte Backes rund Euro in die Installation der notwendigen Wärmeleitungen. Ressourcenschonung mit Vorbildcharakter Nach zweijähriger Genehmigungs- und Bauzeit fließt nun seit Frühjahr 2011 das heiße Wasser durch ein System aus mit Kunststoff ummantelten Stahlrohren vom Hof ins Werk. Die Anlage besteht aber nicht nur aus der Warmwasserhin- und -rückleitung, sondern entspricht in der Ausführung der Wärmetauscher und Regelung dem modernsten Stand der Technik. Ein Energiemanagementsystem reguliert exakt die Wärmemenge. Bis zu drei Millionen Kilowattstunden pro Jahr bei 400 kw Anschlussleistung sind möglich. Aktuell nutzt Mandern als Heizleistung für die Vorbehandlungs-, Spül- und Phosphatierbäder der Lackieranlage rund 280 kw. Da die Wärmeversorgung der Anlage noch nicht ausgereizt war, baute ThyssenKrupp Bilstein zusätzlich einen Wärmetauscher mit einer Leistung von 80 kw für die Trocknerzuluft der Lackieranlage ein. Damit wird die Trocknerluft auf 60 C vorgeheizt. Bis heute hat die Anlage bereits MWh geliefert. Dies entspricht einer Heizöleinsparung von Litern pro Jahr oder mehr als Litern pro Monat und einer CO 2 -Reduzierung von 5,7 t. Analog der Wärmeproduktion stammen auch die Rohstoffe für die am Anfang der Kette stehende Biogasanlage aus nächster Nähe. 70 Prozent der Mais- und Grassilagen sowie die Gülle der 120 Rinder kommen aus der Produktion des Ulmenhofes / Bilder 4 bis 6 /. Für 250 kwh Energie werden pro Tag 12 t Silage benötigt. Der so genannte Gärrest kommt wieder als Dünger auf die Felder. So schließt sich der Ökokreislauf. Auch deshalb ist Rainer Scholz begeistert. Ich kann nur an alle Unternehmen Bild 2 / Mit dieser Pumpstation wird die Energie ins benachbarte Hans Bilstein Werk gepumpt. Bild 3 / Abschnitt der 700 m langen Versorgungsleitung, durch die bis zu 90 ºC warmes Wasser im Vor- und Rücklauf ins Werk gepumpt wird.

11 / 11 Bild 4 / In den Reaktoren bildet sich aus der Mischung von Gülle und Grassilage Methangas, das dem Blockheizkraftwerk als Brennstoff bzw. Kraftstoff dient. Bild 5 / Beschickung der Anlage mit Grassilage, die einen wichtigen Anteil zur Vergärung in der Anlage darstellt Bild 6 / Die Energieerzeuger appellieren, die Gelegenheit zu prüfen, ob sich vergleichbare Energiequellen in der näheren Umgebung nutzen lassen. Durch die nachhaltige Verwendung und den Schutz natürlicher Ressourcen ist Mandern Vorbild für andere Betriebe. Fazit und Ausblick Die Anlage soll künftig auf 500 kw erweitert werden. Dann wird die verbliebene Energie in die Vorbehandlung der zweiten Lackieranlage eingebunden. Die Energiekosten von ThyssenKrupp Bilstein in Mandern können auf diese Weise noch weiter reduziert und die anfallende Abwärme der beiden BHKW ökologisch noch sinnvoller genutzt werden. Mandern geht mit der Zeit. Denn ab diesem Jahr werden Energiemanagementsysteme für energieintensive Unternehmen notwendige Bedingung, wenn sie von Steuerermäßigungen profitieren wollen. Eine EU-Norm gibt künftig vor, wie solch ein betriebliches Energiemanagementsystem aufgebaut werden soll. Für die betroffenen Unternehmen lohnt es sich, frühzeitig aktiv zu werden. Denn neben Einsparungen können sie bei den Energiekosten auch von staat- lichen Förderungen profitieren. Bereits seit 1997 ist ThyssenKrupp Bilstein nach ISO umweltzertifiziert. Nach Aufbau eines umfassenden Energiemanagementsystems folgt in diesem Jahr die besagte Zertifizierung nach DIN ISO 50001, ein wichtiger Baustein zur weiteren Schonung von Ressourcen. Der Standort Mandern ist darüber hinaus Teilnehmer des Energieeffizienznetzwerkes Trier/ Rheinland-Pfalz, das vom Umweltministerium mit 30 deutschlandweiten Pilot-Netzwerken ins Leben gerufen wurde und eine Vielzahl von Einsparpotenzialen aufzeigte: Beleuchtung, Dach- und Fensterisolation, Green IT, Einsatz von Energiesparmotoren und Pumpensystemen sowie die Optimierung der eingesetzten Kompressoranlagen helfen, nachhaltig Energie zu sparen. Im Rahmen dieses Projektes lautete die Zielsetzung von ThyssenKrupp Bilstein, innerhalb der nächsten zwei Jahre 7,5 Prozent weniger Energie zu verbrauchen. Auch Dank des Nahwärmeprojektes wurde dieser Wert bereits nach einem Jahr erreicht.

12 12 / EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen Dipl.-Ing. (FH) Carsten Blessing Head of Product Service ThyssenKrupp Aufzugswerke GmbH Neuhausen nicola dangerfield Head of Sales Support/Marketing Communication ThyssenKrupp Aufzüge GmbH Stuttgart Das modulare Baukastensystem des EVOLUTION BLUE ermöglicht maximale Flexibilität.

13 EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen / 13 Zukunft braucht Innovation. Mit dem neuen Aufzugdesignkonzept EVOLUTION BLUE werden neue Maßstäbe im Bereich Flexibilität, Schachteffizienz, Energieeinsparung und Design erzielt. Dabei steht der Einsatz hochwertigster Materialien im Mittelpunkt. Maschinenraumloser Aufzug im intelligenten modularen Baukastensystem ThyssenKrupp Aufzugswerke entwickelte den EVOLUTION BLUE für den Neuanlagen-Markt. Das System deckt insbesondere den Markt für hochwertige Verwaltungs- und Geschäftsgebäude sowie Projekte mit sehr hohen Anforderungen an Design, Nachhaltigkeit, Qualität, Zuverlässigkeit und Komfort ab. Doch der Aufzugsmarkt in Europa wandelt sich Bestandsanlagen stehen in den nächsten Jahren zur Modernisierung bzw. als Komplettersatz an. Auch dieses Potenzial ist ein weiterer Ansatzpunkt für das millimeterflexible EVOLUTION BLUE System. Hinter dem EVOLUTION BLUE verbirgt sich ein intelligentes modulares Baukastensystem für einen maschinenraumlosen Aufzug / siehe Titelbild Bericht /. Je nach Anwendung können somit entsprechende Komponenten eingesetzt werden. ThyssenKrupp Aufzugswerke bietet eine durchgängige Plattform mit einem einheitlichen Steuerungskonzept an, die es erlaubt, Aufzüge mit hohen Geschwindigkeiten für die Personenbeförderung bzw. für Gütertransporte in einem Gebäude anzubieten. Ebenso lassen sich verschiedene Anlagen durch das einheitliche Steuerungssystem einfach zu Aufzugsgruppen verbinden. Sie können so höhere Verkehrsaufkommen koordinieren und schneller bewältigen. Systembrüche zwischen neuen und modernisierten Aufzügen gehören somit der Vergangenheit an, Montage und Service werden vereinfacht. Das Plattformkonzept verfügt über eine durchgängige Nennlast von 320 bis kg, kompakte Abmessungen mit einem Höchstmaß an Flexibilität, Kabinenbreiten von bis mm, Kabinentiefen von bis mm in Millimeterschritten, Geschwindigkeiten von bis zu 3,0 m/s und Förderhöhen von bis zu 100 m. Das Aufzugssystem EVOLUTION BLUE wird somit den Anforderungen des Neuanlagen- und Modernisierungsmarktes gerecht.

14 14 / EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen Flexibilität Das System setzt mit seiner hohen Schachteffizienz neue Maßstäbe: Bei einer Nennlast von kg wird beispielsweise ein hervorragendes Verhältnis von Kabinen- zu Schachtfläche von bis zu 68 % erreicht / Bild 1 /. Jeder EVOLUTION BLUE Aufzug wird bei ThyssenKrupp Aufzugswerke individuell berechnet, um dem wertanalytischen Ansatz gerecht zu werden. Das heißt schon in der Angebotsphase kann über ein komplexes Berechnungsverfahren das preisliche sowie schachteffiziente Optimum angeboten werden. Ebenso ist eine Reduzierung der Schachtschutzräume unter dem von der Norm vorgegebenen Maß in bestimmten Fällen möglich / Bild 2 /. Um den Kunden auch ein hohes Maß an Gestaltungsmöglichkeiten, z.b. bei der Kabinenausstattung, zu bieten, ermöglicht der EVOLUTION BLUE ein hohes zusätzliches Fahrkorbgewicht. Neben dem ThyssenKrupp Bi-Colour Design können auf diese Weise Kundenwünsche und Qualitätsmerkmale individuell für höchste Anforderungen realisiert werden. Energie von anderen Stromverbrauchern genutzt werden. EVOLUTION BLUE agiert somit phasenweise als hausinterne Stromquelle, die Energie erzeugt und mitlaufende Verbraucher mit Energie versorgt. Für den Betreiber bedeutet dies eine erhebliche Reduzierung der gebäudetechnischen Nebenkosten. Aber Energierückspeisung ist nicht alles. Um auch den Energiebedarf in Ruhezeiten zu reduzieren, verfügt die E.COR -Steuerung über ein mehrstufiges System zur Reduzierung des Energiebedarfes in Stillstandzeiten. Dabei werden Komponenten wie Bedienpaneel, Umrichter, Fahrkorblicht etc. zunächst in den Standby-Modus versetzt. In einem weiteren Schritt wird der Umrichter auf einen Sleep-Modus eingestellt, um die Betriebskosten auf ein Minimum zu reduzieren. Die installierten Anlagen können durch diese diversen Energiesparmöglichkeiten die Energieeffizienzklasse A gemäß VDI 4707 erreichen. Herz des EVOLUTION BLUE Welche Innovation im EVOLUTION BLUE steckt, beweist allein schon die zukunftsweisende E.COR -Steuerung / Bild 3 /. Als Schaltzentrale des Systems ist E.COR mit einem Verkehrsprognose-Tool ausgestattet, das in Sekundenschnelle erkennt, ob das Gebäude aktuell niedrigoder hochfrequentiert wird. Die Parameter für Geschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung und Türoffenhaltezeit können dann individuell an das Nutzungsverhalten angepasst werden. Das System reagiert somit optimal auf die Anforderungen in einem Gebäude. Durch das automatische Umschalten in den High-Speed-Modus während Stoßzeiten sowie in den ECO-Modus während Phasen geringer Nutzung reduziert E.COR die Warte- und Fahrzeiten sowie den Energiebedarf weiter auf ein Minimum / Bild 4 /. Eine weitere Besonderheit des EVOLUTION BLUE stellt die neuentwickelte, energierückspeisende Frequenzumrichtergeneration dar / Bild 5 /. In Kombination mit der E.COR -Steuerung kann die beim Aufzugfahren gewonnene Kabinenbreite Kabinenbreite ISO Kabinentiefe EVOLUTION BLUE Kabinentiefe ISO Türbreite änderbar in 10 mm Schritten Bild 1 / Optimale Raumausnutzung dank modularem Komponentensystem

15 EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen / 15 Schachtgrundfläche Schachtkopf Schachtgrube Bild 2 / Optional ist eine Reduzierung des Schachtkopfes und der Schachtgrube möglich.

16 16 / EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen Auch in Sachen Sicherheit setzt der EVOLUTION BLUE neue Maßstäbe. Eine exakte Kabinenpositionierung in der Haltestelle mit einer Genauigkeit von +/-1 mm sorgt für eine Vermeidung der Stolpergefahr in Gebäuden. Damit wird eines der höchsten Unfallrisiken in Gebäuden verringert. Design Der EVOLUTION BLUE verfügt bereits im Standardlieferumfang über eine Vielzahl von Designmöglichkeiten. Neben dem klassischen Vertical Design mit seinen Edelstahl- bzw. pulverbeschichteten Oberflächen, beeindruckt das innovative ThyssenKrupp Bi-Colour Design mit seinen austauschbaren Wandpaneelen / Bild 6 /. Langlebige und recyclebare Materialen, die unter anderem auch den Anforderungen von Gebäudezertifikaten, wie z.b. DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen) und LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), genügen, finden Verwendung. Beim Bi-Colour Design kann der Kunde aus 29 Wandmaterialien das obere sowie untere Wandpaneel individuell aussuchen und kombinieren. Bei dieser Design-Vielfalt ist für nahezu jeden Geschmack etwas dabei. Der Kreativität sind hierbei keine Grenzen gesetzt. Bedruckte Wandpaneele sind auf Wunsch ebenso möglich. Eine zeitgemäße EVOLUTION BLUE App für Apple ios und Android sowie ein hochwertiger, detailgenauer Online- Kabinendesignkonfigurator unterstützen den Kunden bei der Auswahl und dem Austesten seines bevorzugten Kabinendesigns. Seit kurzem bietet ein eplanning-tool zusätzlich schnelle und einfache Unterstützung bei der Bestimmung der Schachtmaße für EVOLUTION BLUE. Das Online-Tool ermöglicht, ausgehend von dem aktuellen Bauprojekt, die einfache Berechnung einer opti- Bild 3 / E.COR die intelligente Aufzugssteuerung Bild 5 / RPI der energierückspeisende Frequenzumrichter High-Speed-Modus Für hohe Nutzungsfrequenzen Eco-Mode Für geringe Auslastung und Ruhephasen Regenerations-Modus Signalisert Energierückspeisung Bild 4 / Die Betriebsmodi von E.COR werden für den Nutzer im Display angezeigt.

17 EVOLUTION BLUE Entwickelt für die Anforderungen von morgen / 17 Bild 6 / Die Wandpaneele des EVOLUTION BLUE sind jederzeit und einfach austauschbar. mierten Kabine. Liegt beispielsweise ein vorhandenes Schachtmaß vor, berechnet eplanning dank der flexiblen Abmessungen des EVOLUTION BLUE schnell die größtmögliche Kabinenbreite und -tiefe. Sind stattdessen konkrete Kabinengrößen gewünscht, bestimmen unsere Kunden mit wenigen Klicks die Mindestmaße des Schachtes. Fazit EVOLUTION BLUE ist ein Designkonzept, bei dem hochwertigste Materialien verwendet werden. Zahlreiche technische Innovationen gepaart mit einer einzigartigen Flexibilität, die eine millimetergenaue Dimensionierung ermöglicht, zeichnen den maschinenraumlosen Personenaufzug aus. Ob Neuanlage oder Modernisierung der modular aufgebaute EVOLUTION BLUE lässt sich perfekt in bestehende oder geplante Gebäudeschächte einbauen. Mit der energierückspeisenden Frequenzumrichtergeneration in Kombination mit der innovativen E.COR -Steuerung kann die beim Aufzugfahren gewonnene Energie von anderen Stromverbrauchern genutzt werden. Der EVOLUTION BLUE wird somit phasenweise zur hausinternen Stromquelle, die Energie erzeugt und mitlaufende Verbraucher mit Energie versorgt. Für den Betreiber bedeutet dies eine erhebliche Reduzierung der gebäudetechnischen Nebenkosten. Mit diesem innovativen Gesamtpaket aus einem intelligenten, flexiblen Aufzugssystem und modernen digitalen Tools für Design und Technologie ist ThyssenKrupp Aufzugswerke fit für die aufzugtechnischen Anforderungen der Zukunft.

18 18 / Energiesparende Chlorproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer Kathoden-Technologie Dipl.-Ing. Peter Woltering, Dr.-Ing. Philipp Hofmann, Frank Funck, Dr.-Ing. Randolf Kiefer, Dr.-Ing. Ulf-Steffen Bäumer, Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Dmitri Donst, Dr.-Ing. Carsten Schmitt, Thyssen Krupp Uhde GmbH Dortmund Demonstrationsanlage bei Bayer MaterialScience, Uerdingen, Jahreskapazität t/a

19 Energiesparende Chlorproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer Kathoden-Technologie / 19 Chlor kommt bei der Synthese von fast zwei Dritteln aller chemischen Erzeugnisse zum Einsatz. Seine Herstellung aus Kochsalz mittels Elektrolyse verbraucht sehr viel Energie. ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A. mit dem gemeinsamen Joint Venture UHDENORA S.p.A. haben einen wesentlichen Anteil daran, dass nun weltweit eine Technologie zur Verfügung steht, mit der bis zu 30 Prozent Energie gegenüber dem konventionellen Verfahren eingespart werden kann. Die Technologie beruht auf dem Einsatz einer Sauerstoff-Verzehr-Kathode und eines darauf abgestimmten innovativen Designs des Kathodenraumes im Uhde-Single-Element. Allein in Deutschland würde bei flächendeckender Umrüstung aller Anlagen auf die neue Technologie eine Strommenge eingespart, die ausreichen würde, um eine Großstadt wie Köln zu versorgen.

20 20 / Energiesparende Chlorproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer Kathoden-Technologie Konventionelle Chlor-Herstellung Chlor ist eine der weltweit meist produzierten Grundchemikalien: 80 Millionen Tonnen werden davon jährlich hergestellt, vorwiegend durch Chlor-Alkali-Elektrolyse. Benötigt wird das Element unter anderem, um Kunststoffe, Medikamente, Pflanzenschutzmittel, Produkte zur Trinkwasseraufbereitung und hochreines Silizium für die Elektronik oder die Photovoltaik zu synthetisieren. Bei der bisher üblichen Chlor-Alkali-Elektrolyse wird Natriumchlorid (Kochsalz) in einer wässrigen Lösung mittels elektrischer Energie zersetzt / Bild 1 /. Dabei wandern die negativen Chlorid-Ionen zu der positiv geladenen Elektrode (Anode) und geben dort jeweils ein Elektron ab: Gasförmiges Chlor (Cl 2 ) entsteht. An der negativ geladenen Elektrode (Kathode) sind die Verhältnisse etwas komplizierter. In Wasser (H 2 O) liegen zu einem geringen Anteil immer Oxonium- (H 2 O + ) und Hydroxyl-Ionen (OH - ) vor. Die Oxonium-Ionen nehmen an der Kathode Elektronen auf und es entsteht gasförmiger Wasserstoff (H 2 ). Übrig bleiben die Natrium- Ionen und die Hydroxyl-Ionen, die zusammen Natronlauge bilden. Insgesamt entstehen bei der konventionellen Chlor- Alkali-Elektrolyse neben dem Anodenprodukt Chlor also auch Natronlauge und Wasserstoff als Kathodenprodukte / Bild 2 /. Technisch muss die Elektrolyse so durchgeführt werden, dass Anodenprodukt und Kathodenprodukte getrennt voneinander bleiben, weil sonst unerwünschte Nebenprodukte, wie Chlorknallgas und Natriumhypochlorid, entstehen würden. Prinzipiell existieren drei industrielle Chlor-Alkali- Elektrolyseverfahren, die sich dadurch unterscheiden, wie diese Trennung erreicht wird: 1. Diaphragma-Verfahren seit Amalgam-Verfahren seit Membran-Elektrolyse, mit der erstmals 1975 im großtechnischen Maßstab Chlor erzeugt wurde. ThyssenKrupp Uhde baut seit mehr als 50 Jahren Chlor- Alkali-Elektrolyse-Anlagen für seine Kunden aus der chemischen Industrie, ursprünglich nach dem Amalgam- und Diaphragma-Verfahren. Doch schon seit einiger Zeit setzt das Unternehmen auf die umweltfreundliche Membran- Technologie. Ein Blick auf die Energiebilanz / Bild 3 / zeigt, warum: Für jede Tonne Chlor, die nach Amalgam- oder Diaphragma-Verfahren produziert wird, werden bis kwh Strom verbraucht. Bei der Membran-Elektrolyse liegt der Verbrauch um rund 30 Prozent niedriger: Eine Tonne Chlor lässt sich mit bis kwh Strom erzeugen. Prinzip des neuen Elektrolyseverfahrens Seit Ende der 1990er Jahre ist ThyssenKrupp Uhde, später UHDENORA S.p.A, das Joint Venture von ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A., an der Entwicklung eines vierten Verfahrens beteiligt. Dabei handelt es sich einerseits um eine Variante der Membran-Elektrolyse, anderseits aber unterscheidet es sich deutlich von allen drei etablierten Methoden der Chlor-Alkali-Elektrolyse. Denn das Verfahren folgt einer anderen Reaktionsgleichung / Bild 4 / und es wird kein Wasserstoff produziert. Es bietet den Vorteil eines noch einmal deutlich reduzierten Stromverbrauches. Beim Anodenraum und bei der Membran, die diesen von der Kathode trennt, ändert sich beim neuen Verfahren nichts. Doch die übliche Kathode wird durch eine Sauerstoff- Verzehr-Kathode (SVK) ersetzt. In ihr setzt sich eingeleiteter Sauerstoff mit Wasser in einer 3-Phasen-Reaktion um, wobei sich Hydroxyl-Ionen bilden. Weil also Sauerstoff verbraucht wird, nennt man die Gasdiffusionselektrode häufig Sauerstoff-Verzehr-Kathode (SVK). Die Reaktion läuft bei einer Spannung ab, die um rund ein Volt geringer ist als bei der üblichen Elektrolyse. Das ist letztlich auch der Grund für den reduzierten Stromverbrauch. Das Prinzip der Membran- Zelle mit SVK zeigt / Bild 5 /. CI 2 H 2 Dünnsole CI 2 H 2 konzentrierte NaOH-Lösung H 2 O CI - OH - Na + H 2 O Reinsole CI - OH - verdünnte NaOH-Lösung 2 NaCl + 2 H 2 O Cl NaOH + H 2 Anode Membran Kathode Bild 1 / Konventionelle Chlor-Alkali-Elektrolyse Bild 2 / Reaktionen konventionelle Chlor-Alkali-Elektrolyse

21 Energiesparende Chlorproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer Kathoden-Technologie / 21 Amalgam-Verfahren Diaphragma-Verfahren Membran-Verfahren SVK-Verfahren* Gleichstromverbrauch kwh/t Chlor Dampfbedarf für die Herstellung von 50%iger Natronlauge kwh/t Chlor Gesamtenergiebedarf kwh/t Chlor * Ergebnisse aus Pilotanlagen bei Bayer MaterialScience (Energiebedarf zur Herstellung des benötigten Sauerstoffes durch Luftzerlegung berücksichtigt) Bild 3 / Energiebedarf der verschiedenen Verfahren der Chlor-Alkali-Elektrolyse Erfolg durch Kooperation Die Idee zu einer solchen Chlor-Alkali-Elektrolyse mit SVK ist mehr als 50 Jahre alt. Doch weil Strom lange Zeit wenig kostete, blieb trotz verschiedener Anläufe der Durchbruch für die Technologie aus. Den Erfolg brachte erst die Zusammenarbeit von Bayer MaterialScience mit ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A. sowie ein Verbundprojekt, an dem zehn weitere Partner aus Wissenschaft und Industrie beteiligt waren. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt von 2006 bis 2010 innerhalb des Programmes klimazwei. Am 13. Mai 2011 nahm Bayer MaterialScience am Standort Uerdingen eine Demonstrationsanlage / Bild 6 / mit einer Jahreskapazität von Tonnen Chlor in Betrieb gebaut von ThyssenKrupp Uhde. Nach mehr als zwei Betriebsjahren, in denen die Anlage die hohen Erwartungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Energieeinsparung sogar noch übertraf, bieten ThyssenKrupp Uhde und UHDENORA S.p.A. die neue Chlor-Alkali-Elektrolyse mit SVK ab Juni 2013 weltweit an. Bedeutsam ist, dass sich bestehende Membran-Elektrolyseanlagen durch Austausch der Kathode und Modifikationen der Zu- und Ableitungen problemlos umrüsten lassen. Innovationen im Detail Die Projektpartner haben vor allem zwei Herausforderungen gemeistert: Zum einen hat Bayer MaterialScience die Sauerstoff-Verzehr-Kathoden entwickelt und hergestellt, die wie gefordert dauerhaft funktionieren und die selbst bei einer Fläche von fast 3 m 2 chemisch und mechanisch sehr beständig sind. Zwar waren Sauerstoff-Verzehr-Kathoden schon zuvor in der Brennstoffzellentechnologie im Einsatz, doch waren sie kleiner als 0,05 m 2. Ein einfaches Hochskalieren war nicht möglich: Die Entwickler mussten zahlreiche Parameter wie Gasdichtigkeit, Katalysator und Natronlauge-Benetzbarkeit verändern. Zu den anzupassenden Parametern gehörte auch die Porengröße der Elektrode. Durch die poröse Struktur der Elektrode vergrößert sich die Oberfläche enorm, an der die chemische Umsetzung stattfinden kann: Nur so ist es möglich, dass an einer einzigen Elektrode in einer Stunde rund 3 Kubikmeter Sauerstoff umgesetzt werden. Zum anderen lösten die Ingenieure von ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A. ein Problem, das durch die erforderliche Bauhöhe der großtechnischen Elektrolysezellen hervorgerufen wird: Die Natronlauge im Kathoden- CI 2 konzentrierte NaOH-Lösung Dünnsole CI 2 H 2 O O 2 CI - O 2 OH - Na + H 2 O CI - OH - SVK 2 NaCl +H 2 O +½O 2 Cl NaOH Reinsole O 2 + H 2 O Bild 4 / Reaktionen Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Sauerstoff-Verzehr-Kathode (SVK) Bild 5 / Chlor-Alkali-Elektrolyse mit SVK verdünnte NaOH-Lösung

22 22 / Bild 6 / Demonstrations-Elektrolyseur bei Bayer MaterialScience in Uerdingen raum einer herkömmlich gebauten Zelle bildet eine Flüssigkeitssäule, an deren unterem Ende ein höherer hydrostatischer Druck herrscht als im oberen Bereich / Bild 7 /. Zugleich ist der Druck des Sauerstoffes über die gesamte Bauhöhe der Zelle konstant. Für die SVK bedeutet das: Natronlauge flutet in die Poren am unteren Ende der Elektrode, während oben Sauerstoff in die Poren eindringt. Nur in der Mitte der Elektrode bildet sich die so genannte Dreiphasenzone heraus. Dort stehen in den Poren genügend Sauerstoff und genügend Natronlauge und zugleich eine elektrokatalytische Oberfläche zur Verfügung. Das bedeutet: Nur in der Mitte der SVK findet die elektrochemische Umsetzung statt und die Sauerstoff-Verzehr-Kathode (SVK) arbeitet wie gewünscht. Prinzipiell gibt es mehrere Möglichkeiten, Kathodenräume zu konstruieren, bei denen die Höhenabhängigkeit des hydrostatischen Druckes im Elektrolyten keine Rolle spielt. Beispielsweise ließe sich der Sauerstoffkanal in verschiedene Gastaschen unterteilen, in denen der Druck individuell eingestellt wird / Bild 8 /. Innerhalb der Gastaschen kommt es dann zwar auch zu Druckdifferenzen, die aber von der SVK toleriert würden. Tatsächlich verfolgte Bayer MaterialScience mit seinen Kooperationspartnern dieses Baukonzept bis ins Jahr Dann wurde deutlich, dass dessen industrielle Umsetzung mit hohem technischen Aufwand verbunden ist. Daraufhin setzten die Partner auf ein anderes Prinzip, das von ThyssenKrupp Uhde und Industrie De Nora S.p.A. vorgeschlagen und bereits in kleinen Elektrolysezellen getestet worden war / Bild 9 /: Dabei läuft die Lauge von oben durch ein poröses Material, sodass der Druck von Lauge und Sauerstoff über die gesamte Zelle hinweg konstant bleibt. Die Lauge bildet also einen Trickle -Film an dem porösen Material, dem Percolator. Die Demonstrationsanlage Chlor-Alkali-Elektrolyse mit SVK in Uerdingen arbeitet äußerst zuverlässig nach diesem Prinzip. Energie und Kosten sparen Für einen Vergleich des Energieverbrauches und der Wirtschaftlichkeit der neuen Technologie mit SVK mit den etablierten Chlor-Alkali-Elektrolyseverfahren sind viele Faktoren Kathode oben Membran Kathode unten NaOH Nach unten ansteigender Laugendruck SVK (Sauerstoff-Verzehr-Kathode) p Bild 7 / Druckverhältnisse im Kathodenraum ohne konstruktive Gegenmaßnahmen p O 2 Konstanter Druck

23 Energiesparende Chlorproduktion Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer Kathoden-Technologie / 23 NaOH 30 % Auslauf Gasglocke Gasglocke 3/4 Gasglocke 2/3 Baffle Plate Anodische Elektrode Membran Kathodenspalt Stützstruktur Elastisches Element ODC Sammel-Kanal Anodische Elektrode Membran GDE (Gasdiffusionselektrode) Gasglocke 1/2 Downcomer Percolator Downcomer O g NaCl 300 g NaCl NaOH 30% O 2 + NaOH 32% 210 g NaCl/l +Cl 2 NaOH 32% 210 g NaCl/l +Cl 2 Bild 8 / Gastaschen-Design der SVK-Kathode Bild 9 / Percolator-Design der SVK-Kathode zu berücksichtigen. Auf der einen Seite stehen die reduzierte Zellspannung bei der Chlor-Alkali-SVK-Technologie und der resultierende deutlich verringerte Energiebedarf. Andererseits benötigt die neue Technologie im Gegensatz zu den konventionellen Verfahren Sauerstoff, der üblicherweise durch Verflüssigung und Destillation von Luft hergestellt wird. Die dafür eingesetzte Energie verringert den Einspareffekt. Außerdem produzieren herkömmliche Anlagen neben Chlor und Natronlauge auch Wasserstoff, der je nach Standort sehr unterschiedlich weiter verwertet wird. Zum Teil wird er als Rohstoff für chemische Synthesen eingesetzt, zum Teil als Brennstoff verwendet, manchmal gänzlich nicht genutzt. Für die ökologische und ökonomische Gesamtbetrachtung macht dies einen großen Unterschied, denn als Rohstoff für chemische Synthesen ist Wasserstoff erheblich wertvoller als bei der Verwendung zu Brennstoffzwecken. Insofern bieten ThyssenKrupp Uhde und UHDENORA S.p.A. ihren Kunden stets an, die Kosten für eine Umrüstung oder eine neue Anlage standortspezifisch zu kalkulieren. Davon unabhängig hat die neue Technologie auf jeden Fall einen geringeren Energiebedarf als die etablierten Elektrolyseverfahren. Bis zu 30 Prozent Strom können eingespart werden / Bild 10 /. Entsprechend verringert sich der Kohlendioxid(CO 2 )-Ausstoß in den Kraftwerken. Fazit ThyssenKrupp Uhde und UHDENORA S.p.A. starten in diesen Wochen damit, eine neue Elektrolysetechnologie für die energiesparende Chlorproduktion weltweit zu vermarkten. Würden die deutschen Chlor-Alkali-Elektrolysen flächendeckend auf diese SVK-Technologie umgerüstet, ließen Amalgam Diaphragma Membran SVK -30 % -50 % -30 % Bild 10 / Spezifischer Stromverbrauch und CO 2 -Emissionen Chlor-Alkali-Elektrolyse, basierend auf 50 % Natronlauge sich rund ein Prozent des gesamten deutschen Strombedarfes und rund drei Millionen Tonnen CO 2 einsparen. Global hat die Technologie das Potenzial, die CO 2 - Emissionen um 20 Millionen Tonnen zu senken. Die Marktreife verdankt die Technologie einer engen und langjährigen Forschungskooperation von ThyssenKrupp Uhde und UHDENORA S.p.A. mit Bayer MaterialScience sowie einem öffentlich geförderten Verbundprojekt mit zehn weiteren Partnern aus Industrie und Wissenschaft. Die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit innovativer SVK-Technologie wurde mit dem ersten Preis des ThyssenKrupp Innovationswettbewerbs 2012 ausgezeichnet.