Tuesday, 23 January 2018

Evonik and Siemens to generate high-value specialty chemicals from carbon dioxide and eco-electricity

  • Joint research project launched
  • Test plant will produce “green” chemistry and serve as an energy store for eco-electricity
  • First plants will have potential to produce 20,000 tonnes a year

Evonik and Siemens are planning to use electricity from renewable sources and bacteria to convert carbon dioxide (CO2) into specialty chemicals. The two companies are working on electrolysis and fermentation processes in a joint research project called Rheticus. The project was launched today and is due to run for two years. The first test plant is scheduled to go on stream by 2021 at the Evonik facility in Marl, Germany which produces chemicals such as butanol and hexanol, both feedstocks for special plastics and food supplements, for example. The next stage could see a plant with a production capacity of up to 20,000 tonnes a year. There is also potential to manufacture other specialty chemicals or fuels. Some 20 scientists from the two companies are involved in the project.

“We are developing a platform that will allow us to produce chemical products in a much more cost-effective and environmentally-friendly way than we do today”, explains Dr. Günter Schmid, technical project responsible of Siemens Corporate Technology. “Using our platform, operators will in future be able to scale their plants to suit their needs.” The new technology combines multiple benefits. It not only enables chemicals to be produced sustainably, it also serves as an energy store, can respond to power fluctuations and help stabilize the grid. Rheticus is linked to the Kopernikus Initiative for the energy transition in Germany which is seeking new solutions to restructure the energy system. The Rheticus project will
receive 2.8 million euros in funding from Germany’s Federal Ministry of Education and Research (BMBF).

“With the Rheticus platform, we want to demonstrate that artificial photosynthesis is feasible”, adds Dr. Thomas Haas, who is responsible for the project in Evonik’s strategic research department Creavis. Artificial photosynthesis is where CO2 and water are converted into chemicals using a combination of chemical and biological steps, in a process similar to how leaves use chlorophyll and enzymes to synthesize glucose.

Siemens and Evonik are each contributing their own core competencies to this research collaboration. Siemens is providing the electrolysis technology, which is used in the first step to convert carbon dioxide and water into hydrogen and carbon monoxide (CO) using electricity. Evonik is contributing the fermentation process, converting gases containing CO into useful products by metabolic processes with the aid of special micro-organisms. In the Rheticus project, these two steps – electrolysis and fermentation – are scaled up from the laboratory and combined in a technical test facility.

“Rheticus brings together the expertise of Evonik and Siemens. This research project shows how we are applying the Power-to-X idea”, says Dr. Karl Eugen Hutmacher from the BMBF. Using electricity to generate chemicals is an idea from the Power-to-X concept. As one of the four pillars of the Kopernikus Initiative, the idea is to help convert and store renewable, electrical energy efficiently. At the same time, the Rheticus platform also contributes to the reduction of carbon dioxide levels in the atmosphere, as it uses CO2 as a raw material. Three tons of carbon dioxide would be needed to produce one tonne of butanol, for example.

Evonik and Siemens see great future potential in the Rheticus platform. It will make it simple to scale plants to the desired size – the chemical industry will be able to adapt them flexibly to local conditions. In future, they could be installed anywhere where there is a source of CO2 – power plant waste gas or biogas for instance.
“Its modular nature and flexibility in terms of location, raw material sources and products manufactured make the new platform attractive for the specialty chemicals industry in particular”, says Haas. “We are confident that other companies will use the platform and integrate it with their own modules to manufacture their chemical products”, adds Schmid.

Evonik company information
Evonik is one of the world leaders in specialty chemicals. The focus on more specialty businesses, customer-orientated innovative prowess and a trustful and performance-oriented corporate culture form the heart of Evonik’s corporate strategy. They are the lever for profitable growth and a sustained increase in the value of the company. Evonik benefits specifically from its customer proximity and leading market positions. Evonik is active in over 100 countries around the world with more than 36,000 employees. In fiscal 2016, the enterprise generated sales of around €12.7 billion and an operating profit (adjusted EBITDA) of about €2.165 billion.

Siemens AG company information
(Berlin and Munich) is a global technology powerhouse that has stood for engineering excellence, innovation, quality, reliability and internationality for 170 years. The company is active around the globe, focusing on the areas of electrification, automation and digitalization. One of the world's largest producers of energy-efficient, resource-saving technologies, Siemens is a leading supplier of efficient power generation and power transmission solutions and a pioneer in infrastructure solutions as well as automation, drive and software solutions for industry. The company is also a leading provider of medical imaging equipment – such as computed tomography and magnetic resonance imaging systems – and a leader in laboratory diagnostics as well as clinical IT. In fiscal 2017, which ended on September 30, 2017, Siemens generated revenue of €83.0 billion and net income of €6.2 billion. At the end of September 2017, the company had around 377,000 employees worldwide. Further information is available on the Internet at www.siemens.com.

In so far as forecasts or expectations are expressed in this press release or where our statements concern the future, these forecasts, expectations or statements may involve known or unknown risks and uncertainties. Actual results or developments may vary, depending on changes in the operating environment. Neither Evonik Industries AG nor its group companies assume an obligation to update the forecasts, expectations or statements contained in this release.

إيفونيك وسيمنس يعملان معًا لتوليد كيماويات متخصصة عالية القيمة من ثاني أكسيد الكربون والكهرباء الصديقة للبيئة

إطلاق مشروع بحثي مشترك
تقوم محطة الاختبار بإنتاج كيمياء "خضراء" وتعمل كمخزن طاقة للكهرباء الصديقة للبيئة
تتمتع المحطات الأولى بالقدرة على إنتاج 20،000 طن سنويًا

تخطط الشركتان إيفونيك وسيمنس لاستخدام الكهرباء من مصادر طاقة متجددة ومن البكتيريا لتحويل ثاني أكسيد الكربون (CO2 ) إلى مواد كيميائية متخصصة. تعمل كلا الشركتان على عمليات التحليل الكهربائي والتخمير في مشروع بحثي مشترك يسمى ريتكوس. أُطلِق المشروع اليوم، ومن المقرر أن يعمل لمدة عامين. ومن المقرر بدء تشغيل محطة الاختبار الأولى بحلول عام 2021 في مقر شركة إيفونيك في مارل، ألمانيا والتي ستقوم بإنتاج مواد كيميائية مثل بيوتانول وهيكسانول، كلاهما كمواد أولية للمواد البلاستيكية الخاصة والمكملات الغذائية، على سبيل المثال. وقد تشهد المرحلة المقبلة محطة بطاقة إنتاجية تصل إلى 20,000 طن سنويًا. كما أن هناك إمكانية لتصنيع مواد كيميائية متخصصة أخرى أو وقود. و يشارك حوالي 20 عالمًا من الشركتين في المشروع.

وقال الدكتور جونتر شميد، المسؤول عن المشروع التقني لتكنولوجيا شركة سيمنز، "نحن نعمل على تطوير منصة من شأنها أن تسمح لنا بإنتاج المنتجات الكيميائية بطريقة فعالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة بشكل أكثر مما نقوم به اليوم. باستخدام منصتنا، سيكون المشغلون في المستقبل قادرين على توسيع نطاق محطاتهم لتناسب احتياجاتهم."

وتجمع التكنولوجيا الجديدة بين مزايا متعددة. فلا تمكِّن فقط من إنتاج المواد الكيميائية بطريقة مستدامة، بل أيضًا تعمل كمخزن للطاقة، يمكنه الاستجابة لتقلبات الطاقة ويساعد على استقرار الشبكة. يرتبط ريتكوس بمبادرة كوبرنيكوس للتحول في مجال الطاقة في ألمانيا التي تسعى لإيجاد حلول جديدة لإعادة هيكلة نظام الطاقة. سيتلقى مشروع ريتكوس 
2.8 مليون يورو في التمويل المقدم من الوزارة الاتحادية الألمانية للتعليم والبحث العلمي (BMBF).

وأضاف الدكتور توماس هاس، المسؤول عن المشروع في إدارة Creavis للبحوث الاستراتيجية بشركة إيفونيك " من خلال مشروع ريتكوس، نريد إثبات أن التمثيل الضوئي الاصطناعي أمر ممكن". إن التمثيل الضوئي الاصطناعي هو عملية تحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى مواد كيميائية باستخدام مجموعة من الخطوات الكيميائية والبيولوجية، في عملية مشابهة لكيفية استخدام الأوراق للكلوروفيل والإنزيمات لتجميع الجلوكوز.

وتساهم كل شركتي من سيمنس وأيفونيك بتقديم كفاءاتهم الأساسية الخاصة لهذا التعاون البحثي. وتوفر شركة سيمنز تكنولوجيا التليل الكهربائي، والتي تستخدم في الخطوة الأولى لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى هيدروجين وأول أكسيد الكربون (CO) باستخدام الكهرباء. وتساهم شركة إيفونيك في عملية التخمير، وتحويل الغازات التي تحتوي على أول أكسيد الكربون إلى منتجات مفيدة عن طريق عمليات التمثيل الغذائي بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة الخاصة. وفي مشروع ريتكوس، توسع نطاق هاتين الخطوتين - التحليل الكهربائي والتخمير - من المختبر وتجمعا في منشأة الاختبار الفني.

ويجمع مشروع رتيكوس بين خبرة شركتي إيفونيك وسيمنز. ويقول الدكتور كارل يوجين هاتماتشر من الوزارة الاتحادية الألمانية للتعليم والبحث العلمي (BMBF) "يوضح هذا المشروع البحثي كيف نطبق فكرةPower-to-X". يعد استخدام الكهرباء لتوليد المواد الكيميائية فكرة من مفهوم Power-to-X. وباعتبارها ركيزة واحدة من الركائز الأربع لمبادرة كوبرنيكوس، تسعى الفكرة للمساعدة في تحويل وتخزين الطاقة المتجددة، والطاقة الكهربائية بكفاءة. في نفس الوقت، تساهم منصة ريتكوس أيضًا في الحد من مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، نظرًا لأنها تستخدم ثاني أكسيد الكربون كمادة خام. وستكون هناك حاجة إلى ثلاثة أطنان من ثاني أكسيد الكربون لإنتاج طن واحد من البيوتانول، على سبيل المثال.

وترى كل من شركتي إيفونيك وسيمنس إمكانية مستقبلية كبيرة في مشروع ريتكوس. كما أنها ستُسهِّل من توسيع نطاق المحطات إلى الحجم المطلوب - وستكون الصناعة الكيميائية قادرة على تكيفها بمرونة مع الظروف المحلية. ويمكن تركيبها في المستقبل في أي مكان حيث يوجد مصدر ثاني أكسيد الكربون  - محطة طاقة غاز عادم أو غاز حيوي على سبيل المثال.
يقول هاس، "يؤدي الطابع النموذجي والمرونة من حيث الموقع، ومصادر المواد الخام والمنتجات المصنعة إلى جعل  المشروع الجديد جذابًا بالنسبة لصناعة الكيماويات المتخصصة على وجه الخصوص". وأضاف شميد، "نحن واثقون من أن هناك شركات أخرى ستستخدم المشروع وتقوم بدمجه مع وحداتهم الخاصة لتصنيع المنتجات الكيماوية الخاصة بهم".