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Schnell und flexibel zur nachhaltigen Polymerproduktion 

Digitale Prozesssimulation 

Der Polymerhersteller Covestro aus Leverkusen hat ambitionierte Nachhaltigkeitsziele. Mit der bereits im Unternehmen etablierten Prozesssimulationssoftware, AVEVA Process Simulator, kann das Unternehmen neue biobasierte oder recycelbare Materialien und weniger energieintensive Herstellungsverfahren präzise und skalierbar simulieren. So kann Covestro die wirtschaftlichen, technischen und nachhaltigen Vorteile eines neuen Produktionsprozesses schnell und effizient einschätzen.

Umweltschonende Innovationen sind vor dem Hintergrund des Klimawandels, drohender Ressourcenknappheit und nachhaltigen Vorgaben aus Politik und Industrie zum entscheidenden Wettbewerbsvorteil geworden. Auch in der chemischen Industrie spüren Unternehmen den Druck, Prozesse und Produkte nachhaltiger zu gestalten. Im Wettbewerb um die größten Marktanteile der Zukunft zählen flexible, kosteneffiziente Lösungen wie digitale Prozesssimulationen. 

Polymere sind aus dem modernen Alltag nicht mehr wegzudenken, ob in Form von intelligenter Knete, Dichtungsmasse oder Schaumstoffisolierung. Industriell produzierte Polymere tragen dazu bei, Häuser warm und Lebensmittel kalt zu halten: Das Cold Chain-Polymer isoliert zum Beispiel gekühlte Produkte beim Transport und senkt so die Energiekosten für die Kühlung in der Lieferkette. Entwickelt wurde der chemische Stoff von Covestro, einem Polymerhersteller mit Sitz in Leverkusen. Das Unternehmen strebt aber mehr als energieeffizientere Transportmöglichkeiten an. Bis 2035 will der international agierende Polymerproduzent in Scope 1 und 2 vollständig klimaneutral werden. Damit hat Covestro sich ein ambitioniertes Ziel gesetzt, denn die chemische Industrie hat in puncto Nachhaltigkeit noch einen weiten Weg vor sich: Der gesamte Chemiesektor stieß im Jahr 2021 über 120 Millionen Tonnen CO2-äquivalente Treibhausgase (THG) aus. Umso wichtiger sind Firmen wie Covestro, die den drittgrößten Industriezweig Deutschlands fit für die Zukunft zu machen und innovative Lösungen erarbeiten, die schnell, verlässlich und nachhaltig anwendbar sind.

Das richtige Tool für ambitionierte Nachhaltigkeitsziele

Im Bereich der Industrie teilt das Greenhouse Gas Protocol Treibhausgasemissionen in drei Bereiche auf: Scope 1-Emissionen werden direkt von Unternehmen verantwortet oder kontrolliert, etwa in Form der produzierten oder vertriebenen Produkte. Hier will Covestro bis 2035 mithilfe von neuen biobasierten und recycelbaren Polymeren aufrüsten, um die eigenen Produkte nachhaltiger zu gestalten und moderne Kreislaufpolymere zu etablieren. Unter Scope 2-Emissionen fallen angekaufte Energieformen für Strom oder Heizung. Covestros Ziel ist es, weniger energieintensive Produktionsprozesse zu entwickeln, klimaneutrale Energiequellen zu nutzen und mit Recycling weniger Ressourcen zu verbrauchen. Franz Kirchhoff, Leiter der Abteilung für Prozessmodellierung und Konzeptionierung bei Covestro, fasst zusammen: „Wir haben viele Ideen und Möglichkeiten, uns diesem Ziel zu nähern. Deshalb brauchen wir ein Werkzeug, das uns hilft, schnell und effizient die wirtschaftlichen, technischen und nachhaltigen Vorteile eines neuen Produktionsprozesses einzuschätzen.”

Digitale Prozesssimulation für präzise, skalierbare Ergebnisse

Für diese Herausforderung nutzt Covestro den bereits im Unternehmen etablierten AVEVA Process Simulator, der mit den Covestro Prozessmodellen sowie gängigen Materialien und Molekülen für die Polymerproduktion vertraut ist. Innovative Herstellungsprozesse für Polymere sind hochkomplex und schwer zu simulieren, da sie feste Produktionsschritte und die Prinzipien der Thermodynamik berücksichtigen müssen. Daher ist Covestro auf eine flexibel anpassbare Software angewiesen, die die Grundlagen der Polymerproduktion auf neue Prozesse anwenden kann. Um neue biobasierte oder recycelbare Materialien und weniger energieintensive Herstellungsverfahren zu simulieren, müssen Softwareingenieur:innen daher keine neuen Modelle erstellen, sondern lediglich die bereits vorhandenen Simulationen anpassen. Covestro setzt digitale Prozesssimulation für folgende Zwecke ein:

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    Ausgangsstoffe

    Auf dem Weg zur Klimaneutralität spielen biobasierte Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen eine wichtige Rolle, weshalb Covestro eben diese Moleküle in die Simulationen mit einfließen lässt. Außerdem liegt der Fokus auf recycelbaren Polymeren, die sich als Teil der Kreislaufwirtschaft wiederverwenden lassen und so Ressourcen schonen und der aufwendigen Entsorgung der chemischen Substanzen entgegenwirken.


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    Herstellungsverfahren

    Um Energielücken im Produktionsprozess zu schließen und die Polymerherstellung kosteneffizient und nachhaltig zu gestalten, simuliert Covestro Verfahren mit veränderten Variablen wie niedrigeren Temperaturen, verringertem Druck und nachhaltig erzeugtem Dampf.

Um die Skalierbarkeit der simulierten Verfahren und neuartigen Polymere zu überprüfen, führt die Software alle Daten übersichtlich zusammen. Besonders hilfreich hierbei ist, dass Gleichungen für Fließschemata sich einfach in den Process Simulator integrieren lassen, berichtet Jannik Burre, Process Simulation Expert bei Covestro. Die offene Architektur mit eingebauter Skripterstellung in Python ermöglicht eine individuelle Anpassung der Software, um sie für Sensitivitätsanalysen und Rastersuchen nach Parametern wie Temperatur und Druck zu optimieren. Durch die Verknüpfung mit Microsoft Excel lassen sich die Daten für Massen- oder Energiebilanzen exportieren und mithilfe der zugänglichen Schnittstelle einfach aktualisieren, um die Skalierbarkeit neuartiger Polymere zu prüfen. Die automatisierte Übertragung beugt außerdem den Fehlern und Zeitverlusten einer manuellen Datenübertragung vor. 

Von der Simulation zur nachhaltigen Praxis

Präzise und schnell verfügbare Simulationsergebnisse sind der Schlüssel, um Covestro auf dem schnell wachsenden Markt der biobasierten und recycelbaren Polymere einen entscheidenden Vorsprung zu sichern. Indem das Unternehmen neuartige nachhaltige Verfahren zunächst mithilfe einer Prozesssimulationssoftware modelliert, ermöglicht es einen schnellen Übergang von der Konzeptions- zur Testphase und spart dabei wertvolle Zeit und Ressourcen. Auf diesem kosteneffizienten Weg lassen sich mit geringem Programmieraufwand mehrere Szenarien erproben, um nur in die Prozesse und Materialien mit den größten Erfolgschancen zu investieren. Im Moment etabliert Covestro aufgrund der Simulationsergebnisse bereits erste Laborversuche, um die Vorhersagen der Simulationen zu verifizieren und Testläufe der neuen Produktionsprozesse durchzuführen. 

Energieeffiziente Verfahren sowie biobasierte und recycelbare Polymere sind ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Erfüllung der Nachhaltigkeitsziele bei Covestro und in anderen Chemieunternehmen. Den größten Anteil an der rapide wachsenden Kreislaufwirtschaft werden Firmen einnehmen, die mithilfe von digitaler Prozesssimulation in der Lage sind, schnell und ressourcenschonend innovative Lösungen zu identifizieren, zu testen und kosteneffizient zu skalieren.

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Autor



Awraam Zapounidis, 
Vice President Central and Eastern Europe

AVEVA

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