Wie aus nachwachsenden Rohstoffen chemische Produkte werden

Transregio 63 wird weiterhin von DFG gefördert

28.11.2017 - Deutschland

Zum dritten Mal hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) eine Förderung des Sonderforschungsbereichs/Transregio 63 „Integrierte chemische Prozesse in flüssigen Mehrphasensystemen“ (InPROMPT) bewilligt. An dem hochschulübergreifenden Großprojekt sind mehr als 60 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deutschlandweit beteiligt. Die TU Berlin ist die Sprecherhochschule. Die DFG fördert den Sfb/Transregio 63 über weitere vier Jahre mit circa 9 Millionen Euro.

Bereits in den ersten beiden Förderperioden des Großprojekts ist es den Forscherinnen und Forschern gelungen, neue Verfahren zur Verarbeitung von biobasierten Rohstoffen (z.B. pflanzliche Fette) für die Chemische Industrie zu entwickeln. „Dank der erneuten Förderung können wir nun in der dritten und letzten Förderperiode vom 1. Januar 2018 bis 31. Dezember 2021 auf diesen Erfolgen aufbauen und die entwickelten Prozesse vertiefen und in Modell-Anlagen überprüfen“, sagt Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume, Sprecher des Sfb/Transregio 63.

Ziel der Forschungen

Seit 2010 wird der Sfb/Transregio 63 von der DFG gefördert. Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler suchen in derzeit 14 Teilprojekten mit Methoden der Chemie und der Verfahrenstechnik Ersatz für das knapper werdende Rohöl. Im Zentrum stehen die Nutzung erneuerbarer Rohstoffe und der Einsatz von hocheffizienten Katalysatoren um neuartige, effiziente Produktionsprozesse zu realisieren. So können ausgehend von einer nachwachsenden Rohstoffbasis wertvolle Produkte und Zwischenprodukte für die chemische Industrie hergestellt werden wie zum Beispiel Biopolymere. Eine Besonderheit des Forschungsprojektes ist es, dass hierbei alle Ebenen der Prozesse betrachtet werden, das heißt von den molekularen Elementarschritten bis hin zur Auslegung und dem Betrieb der industriellen Gesamtanlagen.

Wichtige Erkenntnisse

In den vergangenen acht Jahren ist es gelungen, innovative Phasen-systeme im Sinne der grünen Chemie für die Realisierung chemischer Prozesse zu entwickeln. Phasensysteme stellen die Umgebung dar, in der eine Reaktion abläuft. Die vom Sfb erforschten Phasensysteme ermöglichen Reaktionen mit großen Umsätzen und hohen Selektivitäten. Komplette industrielle Verfahren, die auf den vom Sfb untersuchten Phasensystemen basieren, wurden bislang in der Praxis nur selten realisiert, da es noch an notwendigen physikalisch-chemischen als auch an verfahrens- und systemtechnischen Grundlagen fehlt.

Daher verfolgt der Sfb/Transregio 63 im Unterschied zu anderen Forschungsgruppen einen umfassenden interdisziplinären Ansatz. Neben Grundlagenuntersuchungen erfolgen auch entsprechende Modellierungen einzelner Prozesse bis hin zum Gesamtprozess und schließlich die Realisierung und Validierung der Prozesse in Modell-Anlagen, den sogenannten Miniplants.

In den ersten beiden Förderperioden wurde bereits die Eignung dreier innovativer Phasensysteme für verschiedene biobasierte Rohstoffe wie Fettsäurederivaten erfolgreich nachgewiesen. Das nationale und internationale Interesse an solchen innovativen Phasensystemen teilweise auch bekannt unter „advanced fluids“ oder „switchable solvents“ hat stark zugenommen.

Industrielle Anwendung

Für die Validierung der Prozesse in den Miniplants ist an der TU Berlin Prof. Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke verantwortlich. Für den Sfb/Transregio 63 sind die Forschungen mit Miniplants eine der wesentlichen Grundvoraussetzungen, um zu belastbaren Ergebnissen zu kommen. Miniplants sind kleine Modellanlagen, die die in der Realität eingesetzten Großanlagen im Kleinen nachbilden, um Vorgänge realistisch nachzuvollziehen und technische Veränderungen in der Arbeitsweise zu simulieren. Die für den Sfb/Transregio 63 genutzte Miniplant-Anlage wird für eine Umsetzung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, sogenannten Alkenen, mit Wasserstoff und hochreaktivem Kohlenmonoxid eingesetzt. Dabei werden unerwünschte Nebenprodukte, die zwangsweise bei der Reaktion entstehen können, von den gewünschten Produkten getrennt und zur Wieder- und Mehrfachverwendung aufbereitet. Die im Endeffekt entstehenden Produkte sind wertvolle Chemikalien, die für Produkte in vielen Bereichen wie etwa zur Herstellung unterschiedlicher Kunststoffartikel, von Kleb- oder Lederhilfsstoffen oder auch Kosmetika benutzt werden. In der kommenden Förderperiode wird Jens-Uwe Repke in seinem Teilprojekt, das Teil des neu eingerichteten Projektbereichs „Integrierte Prozessentwicklung“ ist, Prozesskonzepte sowie Prozessführungsstrategien für neue Reaktionen erproben und validieren.

Ausblick

„Als zentrale Ziele für die kommenden vier Jahre verfolgt der Sfb/Transregio 63, neben dem Ausbau der chemisch-physikalischen und verfahrenstechnischen Grundlagen der untersuchten Prozesse, die Weiterentwicklung, Integration und exemplarische Anwendung sowie Validierung der Methoden zur schnellen systematischen modellgestützten Prozessentwicklung anhand zweier Reaktionen. Die untersuchten Reaktionen sind so gewählt, dass sie Modellcharakter besitzen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume.
Im Sfb werden die Methoden entwickelt, mit denen für zahlreiche nachwachsende Rohstoffe optimale Herstellungsverfahren unterschiedlicher chemischer Produkte schnell und zuverlässig ausgearbeitet werden können.

Kooperationspartner

Neben der TU Berlin, der TU Dortmund und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg sind sowohl Forscherinnen und Forscher von der HTW Berlin, der TU Darmstadt, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg beteiligt. Doktorandinnen und Doktoranden der beteiligten Institutionen haben die Möglichkeit von Doppelpromotionen.

https://www.chemie.de/news/165879/wie-aus-nachwachsenden-rohstoffen-chemische-produkte-werden.html