Chemie und Prozessindustrie

Die chemische Industrie gehört zu den bedeutendsten und forschungsintensivsten Branchen in Deutschland. Viele Innovationen in der Automobil-, Elektro- und Elektronikindustrie, Bauwirtschaft oder Verpackungstechnik wären ohne den Beitrag der Chemie nicht möglich. Dabei ist die Chemie- und Prozessindustrie, mehr als alle anderen Branchen, gekennzeichnet durch rohstoff- und energieintensive Prozesse.

Aufgrund der Abhängigkeit vom Import der Rohstoffe, der Begrenztheit der fossilen Ressourcen weltweit – auch im Wettbewerb mit der energetischen Nutzung – und der Notwendigkeit, Auswirkungen auf das Klima und die Umwelt zu berücksichtigen,  kommt der Chemie als Querschnittstechnologie und Zulieferbranche für viele weitere Sektoren eine herausragende Rolle zu. Die Erforschung und Produktion neuer Materialien und die Steigerung der Energie- und Ressourceneffizienz sind dabei ebenso wichtig wie die Erschließung neuer Rohstoff- und Energiequellen.

Als Forschungspartner für die Chemische und die Prozess-Industrie ist das Fraunhofer IGB bestens aufgestellt und rücken in unseren Arbeiten zukunftsfähige Ansätze in den Vordergrund, fossile Ressourcen besser zu nutzen oder zu substituieren.

 

Vernetzung und Kooperation

Unsere ausgeprägte Vernetzung mit anderen Instituten der Fraunhofer-Verbünde Life Sciences und Werkstoffe, Bauteile – MATERIALS sowie der Fraunhofer-Allianzen Nanotechnologie, Photokatalyse, Textil, Polymere Oberflächen POLO® und Reinigungstechnik, zu Universitäten und anderen Forschungseinrichtungen ist ein Garant für die kompetente Bearbeitung auch interdisziplinärer Fragestellungen.

Funktionale Oberflächen und Materialien

Für die Oberflächen vieler Werkstoffe, z. B. industrieller Bauteile oder technischer Textilien, sind häufig andere Eigenschaften erwünscht, als sie das Material im Volumen besitzt. Am Fraunhofer IGB entkoppeln wir die Volumen- von den Oberflächeneigenschaften durch Grenzflächenverfahrenstechnik. Oberflächen von Kunststoffen, Keramiken oder Metallen verleihen wir neue Eigenschaften, indem wir maßgeschneiderte dünne Schichten auftragen oder definierte Funktionen an Oberflächen erzeugen. Hierzu setzen wir Gasphasenprozesse (CVD, PVD, PECVD), nasschemische Verfahren oder kombinierte Verfahren ein. Für offenporige polymere Schäume mit funktionellen Gruppen haben wir eine einstufige Synthesestrategie entwickelt.

Biotechnische Produktionsprozesse und biobasierte Chemikalien

Fermentation und Biokatalyse

Unsere Arbeiten zielen auf die Entwicklung von biotechnologischen (fermentativen oder biokatalytischen) Prozessen zur Herstellung von Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen oder biogenen Reststoffen. Optimierte Transformationsprozesse erreichen wir dabei auch durch die Kopplung mit chemischen Prozessen. Unser Leistungsspektrum umfasst das Screening nach neuen industriell nutzbaren Enzymen, Chemokatalysatoren oder Mikroorganismen (Bakterien, Pilze) und die Entwicklung von Produktionsverfahren für Fein- und Basischemikalien inkl. des Scale-up und der Produktaufarbeitung.

Biobasierte Chemikalien

Ausgehend von nachwachsenden Rohstoffen wie Rapsöl oder Algenlipiden haben wir biotechnologische Synthesewege von Grundstoffen für die Kunststoffherstellung aufgezeigt, etwa langkettigen Dicarbonsäuren und Fettsäureepoxiden. Ausgewiesene Expertise besitzen wir in der mikrobiellen Herstellung von Biotensiden für Anwendungen als Emulgatoren oder Reinigungsmittel.

Bioraffinerie-Konzepte

Ein nachhaltiger Ansatz für die Herstellung chemischer Produkte ist die möglichst vollständige Verwertung von Biomasse nach dem Prinzip einer Bioraffinerie. Verschiedene land- und forstwirtschaftliche Reststoffe (Stroh, Holzabfälle) sowie organische Reststoffe unterschiedlicher Industriezweige (Molke, Krabbenschalen und Insektenpanzer, Terpene) konnten wir bereits erfolgreich als Rohstoffquelle erschließen und durch fermentative oder biokatalytische und kombinierte chemische Prozesse zu Basischemikalien umsetzen, die weiter zu Feinchemikalien oder Biopolymeren aufgearbeitet werden.  

Elektrochemische Umwandlung

Mit der Energiewende und dem Ausbau der regenerativen dezentralen Stromerzeugung steht zukünftig – witterungsabhängig – kostengünstiger Strom zur Verfügung. Wird dieser fluktuierend anfallende Überschussstrom flexibel für elektrochemische Reaktionen genutzt, können Basischemikalien nachhaltig hergestellt werden. Hierfür entwickeln wir Katalysatoren und geeignete Elektroden, Elektrolyse-Verfahren und Apparate. Im Fraunhofer-Leitprojekt »Strom als Rohstoff« entwickelt das Fraunhofer IGB ein einstufiges Verfahren, mit dem Ethen elektrochemisch in nur einem Verfahrensschritt hergestellt werden soll. Eine Elektrolysezelle, in der sich mit elektrischer Energie nur aus Wasser und Luft Wasserstoffperoxid herstellen lässt, ist bereits als Prototyp am Fraunhofer IGB verfügbar.

Aufarbeitungstechnologien

Die Stofftrennung ist in vielen Bereichen der Chemie und Prozessindustrie ein zentraler Verfahrensschritt. Für das Upstream Processing von Rohstoffen wie für das Downstream Processing von Fermentations- und Syntheseprodukten erarbeitet das Fraunhofer IGB wirtschaftliche Verfahren und plant entsprechende Anlagen. Im Fokus stehen ressourceneffiziente Membran- oder elektrophysikalische Technologien, die vielstufige Aufarbeitungsprozesse vereinfachen und falls erforderlich mit herkömmlichen Trennverfahren wie Zentrifugation, Extraktion oder chromatographischen Verfahren kombiniert werden.

Welche Abteilungen forschen im Geschäftsfeld Chemie und Prozessindustrie?