Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Innovative Syntheseverfahren

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Chemikalien, Kraftstoffe und Materialien aus Biomasse und CO2

Die Entwicklung nachhaltiger und leistungsfähiger Synthesewege ist zentral für die zukünftige chemische Produktion. Der Bereich Innovative Syntheseverfahren fokussiert seine Arbeiten auf die Erschließung neuer Reaktions- und Produkträume durch bioinspirierte und katalytische Ansätze, um chemische Produkte, synthetische Kraftstoffe, biobasierte Polymere und funktionale Materialien effizient und ressourcenschonend herzustellen.

Die Entwicklung katalytischer Power‑to‑X‑to‑Y-Prozesskaskaden ermöglicht die Konversion von CO₂ – aus der Luft oder aus industriellen Abgasen – mittels erneuerbarer Energie zu industriell bedeutenden Plattformchemikalien, Kraftstoffen und höherwertigen Produkten. Zu diesem Zweck forschen wir an thermo-, elektro‑ und biokatalytischen Prozessen und kombinieren diese so, dass neuartige Prozessouten zur Drop-in-Synthese wichtiger »grüner« chemischer Produkte entstehen.

Ein weiterer wesentlicher Ansatzpunkt besteht in der Nutzung struktureller und funktionaler Motive biogener Rohstoffe. Die Identifikation und Integration solcher biologisch abgeleiteten Funktionalitäten ermöglicht Syntheserouten mit erweiterten Reaktivitätsmustern und verbesserten Materialeigenschaften. Diese Arbeiten basieren auf der engen Verknüpfung organischer und bioorganischer Synthesechemie, Biotechnologie, Polymerchemie und materialwissenschaftlicher Verfahren.

Übergeordnetes Ziel ist die Erweiterung des technologischen Werkzeugkastens für nachhaltige Synthesen und Materialentwicklungen, basierend auf einer systematischen Betrachtung von nachwachsender Rohstoffbasis, Konversion, Produkteigenschaften und End-of-Life-Optionen. So werden sowohl neuartige als auch bereits industriell relevante funktionsoptimierte und ökologisch tragfähige chemische Produkte zugänglich.

FuE-Schwerpunkte

 

Synthetische Kraftstoffe

  • Zentrum für nachhaltige Kraftstoffe ZENK
  • Kraftstoffe aus Alkoholen und leichten Alkenen
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Power-to-X und »grüne« Plattformchemikalien

  • Prozesse für eine effektive Sektorenkopplung und die Produktion chemischer Grundstoffe als Basis einer nachhaltigen und zirkulären chemischen Industrie
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Elektrosynthesen

  • CO2-Reduktion
  • Wasserstoffperoxid
  • Biobasierte Elektrosynthese
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Biobasierte Polymere und Additive

  • Chemische Modifikation von Polysacchariden
  • Kontrollierter Abbau von Lignin
  • Umwandlung von Biomolekülen zu Spezialpolymeren
    • Polyamide aus Monoterpenen
  • Entwicklung biobasierter Weichmacher und Nukleierungsmittel
  • Additivierung von Polymeren
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Zukunftsmaterialien

  • Entwicklung bioinspirierter Syntheserouten
  • Transiente, responsive, schaltbare Materialien
  • Bioabbau von Spezialchemikalien
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Biotechnologie

  • Stamm- und Prozessentwicklung
  • Produkte mit Ölhefen 
  • Integration von Power-to-X und Biotechnologie
  • Methanolfermentation
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Elektrosynthese von Basischemikalien

  • Komponenten (Katalysatormaterialien, Gasdiffusionselektroden)
  • Prozessentwicklung
  • Elektrochemische Zellen und Prototypen
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Wir sind Ihr Ansprechpartner für die Entwicklung nachhaltigerer Syntheseprozesse und innovativer chemischer Produkte. Dabei beraten wir Sie auch gerne hinsichtlich der Auswahl geeigneter Förderszenarien.

Im Detail unterstützen wir Sie bei:

Forschung und Entwicklung

  • Identifikation geeigneter Rohstoffe für neue Syntheseprodukte und Materialien
  • Identifikation von Anwendungsmöglichkeiten neuer biobasierter Stoffe
  • Durchführung von Studien (Literatur, Patente, usw.)
  • Molekularbiologische und technische Optimierung von Enzymen und Enzymreaktionen
  • Auftragssynthese und -screening
  • Entwicklung von Verfahren zur Reststoffverwertung
  • Entwicklung von Verfahren zur Integration nachwachsender Rohstoffe und deren Strukturen in bereits bestehende Prozesse --> Synthese biobasierter Alternativen zu fossilen Verbindungen
  • Evaluierung des optimalen Syntheseweges hin zu gewünschten Zielprodukten
  • Reaktionsoptimierung mittels statistischer Versuchsplanung
  • Skalierung von Reaktionen (bis zu 4 L, weitere Skalierung am Fraunhofer CBP)

Kooperation über Forschungsprojekte

  • Identifikation geeigneter Förderprogramme und -szenarien (national, EU)
  • Unterstützung bei der Zusammenstellung eines Projektkonsortiums und Kommunikation mit möglichen Partnern
  • Unterstützung in der Antragsphase
  • Kommunikation zu Fördergebern

Charakterisierung

  • Chemische Analytik und Strukturaufklärung
  • Auftragsanalytik

Weitere Leistungen rund um Materialien und (biobasierte) Polymere bieten wir im Rahmen des Labors für Technische Biopolymere (LTBP):

  • Auswahl geeigneter biogener Roh- und Abfallstoffe
  • Screening von Polymerisationsmethoden
  • Polymerisation im Kleinmaßstab
  • Funktionalisierung natürlicher Biopolymere
  • Auswahl und Entwicklung biobasierter Kunststoffadditive
  • Entwicklung von Verbundwerkstoffen mit Naturmaterialien
  • Polymeranalytik
  • Materialcharakterisierung
  • Werkstoffprüfung
  • Schadensanalyse und -bewertung
  • Biokompatibilität
  • End-of-Life-Szenarien (in Planung)
    • Stoffkreisläufe
    • Bioabbaubarkeit

Angebot vom Katalysator bis zur Prozesskaskade

Katalysatoren sind in der chemischen Industrie und der Biotechnologie unverzichtbar und allgegenwärtig. Sie beschleunigen chemische Reaktionen durch die Reduktion der Aktivierungsenergie und ermöglichen so die selektive und effiziente Synthese von Produkten.

Das Innovationsfeld »Nachhaltige katalytische Prozesse« arbeitet an der Entwicklung chemischer, elektrochemischer und biotechnologischer Katalysatoren für die nachhaltige Produktion von Chemikalien und Kraftstoffen aus erneuerbaren Ressourcen.

In sogenannten CCU-Prozessen (Carbon Capture and Utilization) wird Kohlenstoffdioxid (CO2) elektro- und heterogenkatalytisch zu C1-Intermediaten, Ethen und höheren Kohlenwasserstoffen umgesetzt. Weiterhin werden Katalysatoren für die Ammoniaksynthese, Reforming-Prozesse und die oxidative Konversion organischer Edukte entwickelt.

Die gewonnenen C1-Intermediate, etwa Methanol oder Formiat, werden als Substrate in ganzzellkatalytischen Prozessen zur fermentativen Synthese höherwertiger Produkte eingesetzt.

 

Leistungsangebot im Überblick

  • Katalysatoren für heterogenkatalytische Gasphasenreaktionen
  • Katalysatorscreening in kontinuierlichen und Batch-Versuchen
  • Elektrokatalysatoren und Elektroden für kathodische und anodische Reaktionen
  • Kopplung chemo-, elektro- und biokatalytischer Reaktionen in Prozesskaskaden
  • Metabolic Engineering mikrobieller Produktionsstämme
  • Prozessentwicklung
  • Machbarkeitsstudien für industrielle Prozessimplementierung

 

Für alle Synthesen bieten Ihnen die Entwicklung eines vollständigen Prozesses – von der Auswahl und Optimierung geeigneter Katalysatoren, über die Verfahrensentwicklung und Kombination verschiedener Konversionsschritte bis zur Prozessoptimierung und Aufskalierung.

Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot.

 

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Chemische Katalysatoren

  • Katalysatorentwicklung und -synthese
  • Katalysatorscreening
  • Prozessentwicklung
    • Heterogen katalysierte Reaktionen in Gas- und Flüssigphasen
    • CO2-Konversion
    • Erneuerbarer (»grüner«) Ammoniak
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Elektrochemische Katalysatoren

  • Entwicklung von Elektrokatalysatoren und Elektrodenmaterialien
  • Elektrochemische CO2-Konversion
  • Elektrochemische Synthesen
  • Elektrochemische Konversion biogener Rohstoffe
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Biokatalysatoren

  • Stammentwicklung
  • Metabolic Engineering mikrobieller Produktionsstämme
  • Fermentation (Labormaßstab) von C1-Substraten
  • Konversion von C1-Substraten und anderen biogenen Substraten
  • Biobasierte Polymerbausteine
  • Mikrobielle Elektrosynthese
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Wir sind Ihr Ansprechpartner für die Entwicklung nachhaltiger Syntheseprozesse und innovativer chemischer Produkte der Zukunft. Zentrale Aktivitäten umfassen die Auswahl von biobasierten Rohstoffen, die Entwicklung moderner Konversions- und Herstellungsverfahren, besonders auch unter Nutzung von katalytischen Prozessen (Chemo-, Bio- und Elektrokatalyse).

Dazu gehört ebenfalls die analytische und funktionale Bewertung der Prozesse und Produkte. Unser Ziel ist es, gemeinsam mit Partnern ressourcenschonend neue Produkte und Materialien aus biogenen Rohstoffen, Reststoffströmen und Kohlenstoffdioxid (CO2) herzustellen.

Dafür stehen am Standort Straubing des Fraunhofer IGB moderne Labore für biotechnologische und chemisch-synthetische Arbeiten sowie ein (Bio-)Polymerlabor und ein Materialverarbeitungstechnikum mit folgender Ausstattung zur Verfügung:

Synthese/Verarbeitung

  • Automatische Laborreaktoren
  • Hochdruckreaktoren
  • Katalysator-Screening
  • 10-Liter-Fermenter
  • Polymerisationsreaktoren/Hydrierreaktor
  • UV-Kammer
  • Glovebox
  • Öfen
  • Vakuumtrockenschrank
  • Labordestillationsanlage
  • Presse
  • Schneidmühle
  • Mini-Compounder
  • Laborkneter
  • Spritzguss
  • Extrusion
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Analytik

Strukturaufklärung

  • 400-MHz-Kernresonanzspektroskopie (NMR)
  • FTIR-Spektroskopie (Transmission und ATR)

Chromatographische Methoden

  • Gaschromatographie (GC)
  • Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)
  • Größenausschlusschromatographie/ Gelpermeationschromatographie (SEC/GPC)
  • Fast protein liquid chromatography (FPLC)

Weitere Methoden

  • Autotitrator
  • TOC Analyzer 
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Materialcharakterisierung

Thermische Analyse

  • Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
  • Thermogravimetrische Analyse (TGA)
  • Wärmeformbeständigkeit (HDT)
  • Schmelzindexprüfgerät (MFI)

Mechanische Eigenschaften

  • Schlagzähigkeit (Pendelschlagwerk)
  • Universalprüfmaschine
  • Härteprüfung (DIN ISO 7619-1)
  • Rheologie/DMA (ab 2025)
  • Kapillarviskosimetrie mit Ubbelohde-Viskosimeter

Weitere Methoden

  • Mikroskopie, Spektralphotometer
  • Dichtebestimmung
  • Konditionierung von Prüfkörpern
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1. Synthese/Verarbeitung

 

Automatische Laborreaktoren

Datenerfassung zur Entwicklung neuer Synthesen, Optimierung von Reaktionsverläufen sowie Ausarbeitung robuster und sicherer Prozesse.

 

Ausstattung Beschreibung
Doppelmantelreaktoren aus Glas 0,5 L – 4 L vorhanden
Bis zu 50 L aufrüstbar
Temperatur -10 °C – 200 °C
Parameterkontrolle Temperatur, pH-Wert, Rührgeschwindigkeit, Dosierung von Flüssigkeiten

Hochdruckreaktoren

Möglichkeit zur chemischen Synthese mit Beteiligung der Gasphase unter erhöhtem Druck.

 

Hochdruckreaktor Beschreibung
Kleinautoklaven Volumen: 50 mL + 100 mL
Druck: bis 150 bar
Temperatur: bis 250 °C
Material: Edelstahl
Säureaufschlussautoklaven Volumen: 45 mL + 125 mL
Druck: bis 120 bar
Temperatur: bis 250 °C
Material: PTFE-Becher mit Edelstahl-Außenkörper
Parr Batchreaktor Volumen: 2 L
Druck: bis 100 bar
Temperatur: bis 350 °C
Material: Edelstahl
Rührer: Begasungsrührer und Blattrührer

Katalysator-Screening

Paralleles Katalysatorscreening unter definierten Bedingungen.

 

Screening-System Beschreibung
Heterogene Katalysator-Screeningstation Vier Parallelreaktoren
Temperatur: bis 500 °C
Druck: bis 80 bar pro Reaktor
Material: Stahl
Gase: CO, CO2, H2, N2, Ar, Luft, Kohlenwasserstoffe
Gasfluss: 10 – 100 mL min-1 pro Reaktor
Flüssigkeiten: Wasser (0 – 2,5 g h-1)
Dreiphasenreaktor (Festbett) Volumen: D = 6 mm; H = 200 mm
Druck: bis 10 bar
Temperatur: bis 450 °C
Material: Stahl oder Glas
Gase: NH3, N2, Luft
Volumenströme: flüssig bis 2 mL/min; Gas bis 100 mL/min

10-Liter-Fermenter

 

Ausstattung Beschreibung
BBI BIOSTAT® C C10-3
15-L-Kessel (Verhältnis Höhe zu Durchmesser 3:1)
 Arbeitsvolumen: 3 – 10 L
Druckfestigkeit -1 – 3 bar
Begasungssteuerung 0,6 – 30 L min-1 (0,04 – 2 vvm), Luft, N2
Rührung 2 x 6 Blatt Rushton-Turbine
900 W bürstenloser Motor
Pumpensteuerung 4 x Schlauchpumpen (max. 300 mL min-1)
Sensoren pH, pO2, Antischaum,
Temperatur
Überwachung und Steuerung Regelung pH (1 – 13) und pO2 (0 – 100 %)
Antischaummittelzufuhr
Medien-/Substratzufuhr
Temperatur (8 – 150 °C)
Rührung (10 – 1500 rpm)

300-mL-Polymerisationsreaktor

Autoklav zur Synthese von Polyestern und Polyamiden im Labormaßstab.

 

Ausstattung Beschreibung

Arbeitsvolumen

300 mL

Max. Temperatur

350 °C

Max. Nenndruck

200 bar

Besonderheit

mit Destillationsaufbau inkl. Vakuumanschluss

Polymerisationsreaktor/Hydrierreaktor

2-stufige Pilotanlage für Demonstrationen von Polykondensationen unter anwendungsnahen Bedingungen und zur Durchführung von Hydrierungen organischer Verbindungen.

 

Ausstattung Beschreibung
Arbeitsvolumen Zwei 1,5-L-Autoklaven mit Destillationseinheit
Überwachung und Steuerung Pilotanlage voll steuer- und regelbar
Möglichkeit der gesteuerten Gasdosierung
Temperatur Bis 350 °C
Druck Bis 200 bar

UV-Kammer

Zur Aushärtung von Polymerbeschichtungen und Klebungen im Labormaßstab.

 

Ausstattung Beschreibung

Innenmaße

20 x 20 x 20 cm

UV-Quelle

UV-LEDs, 365 nm und 395 nm, getrennt steuerbar

Besonderheit

Integrierter Radiometersensor zur Bestimmung der Bestrahlungsstärke

Glovebox

 

Ausstattung Beschreibung
Schutzgasbefüllung mit Argon und Stickstoff Durchführung von luft- und wasserempfindlichen Reaktionen
(< 1 ppm Sauerstoff und Feuchte)
Druck -15 – 15 mbar
(Über- oder Unterdruck)

Öfen

Muffel- und Kalzinieröfen mit Schutzgasfunktion und Steuereinheit.

 

Ausstattung Beschreibung
Gase N2, Luft
Temperatur Bis 1200 °C

Vakuumtrockenschrank

 

Ausstattung Beschreibung
Füllvolumen 115 L
Vakuum Bis 15 mbar
Temperatur Bis 110 °C

Labordestillationsanlage

In der einstufigen Anlage kann unter sehr niedrigen Druckbedingungen sehr produktschonend destilliert werden. Schon mit kleinen Produktmengen können erste Machbarkeitsversuche durchgeführt sowie Prozesse entwickelt werden. Zudem ist es möglich, mit etwas höherem Durchsatz, Mustermengen im Bereich von mehreren 100 Gramm herzustellen.

 

Ausstattung Beschreibung

Betrieb diskontinuierlich

Produktförderung erfolgt mithilfe des Schwerkraftprinzips

Verdampfertyp

Kurzwegverdampfer (Innenkondensator)

Verdampferoberfläche

Ca. 0,040 m²

Kondensatoroberfläche

Ca. 0,065 m²

Durchsatz

0,1 kg/h – 1,5 kg/h (produktabhängig)

Temperaturbereich Verdampfer

30 °C bis 300 °C (abhängig vom Heizmedium)

Temperaturbereich Kondensator

-20 °C bis 200 °C (abhängig vom Temperiermedium)

Werkstoffe

Dosiertropftrichter, Verdampfer, Kondensator und Kühlfalle aus Borosilikatglas 3.3

Wischersystem

SKR Block Wischersystem, Wischerblöcke aus PTFE/Graphit

Destillat- und Rückstandsaustrag, Einförderstutzen

Beheizbar

Dosiertropftrichter

Beheizbar (20 °C bis 200 °C)

Nadelventil (Dosiertropftrichter)

Produktdosierung

Vakuumsystem

< 10­-² mbar

Nadelventil (Vakuumsystem)

Druckregulierung und Belüftung

Presse

Zur Durchführung von thermischen Umformprozessen.

 

Ausstattung Beschreibung
Oberflächentemperatur Bis 300 °C
Presskraft Bis 200 kN

Schneidmühle

Die Schneidmühle dient zur Zerkleinerung von weichem bis mittelhartem, sprödem oder faserigem Probenmaterial.

 

Ausstattung Beschreibung
Schneideinsatz 3 Rotormesser mit 4 Gegenmessern aus Stahl
Siebeinsätze

0,2 mm, 0,5 mm, 1,0 mm und 1,5 mm Trapezloch
Drehzahlbereich 6000 – 22000 U/min, einstellbar in 1000er Schritten
Zeit-Funktion Zeitvorgabe/Stoppuhr
Verspröden des Probenmaterials Eine Verarbeitung von versprödetem Probenmaterial, beispielsweise mit flüssigem Stickstoff, ist möglich.
Aufgabematerial Stückgröße max. 15 mm
Durchsatzmenge

Bis 15 l/h -> Probenabhängig

Mini-Compounder

Es handelt sich um einen Doppelschneckenextruder zur Verarbeitung von Kleinstmengen. Dient zur Ermittlung erster materialspezifischer Kenndaten.

 

Ausstattung Beschreibung
Zylindervolumen 15 ml
Temperatur Bis 400°C
Rotationsgeschwindigkeit Bis 250 rpm
Drehmoment Max. 40 Nm
Materialeigenschaft
Zylinder (64 HRC, 2000 Vickers) und Schnecken (56 HRC, 1000 Vickers) sind verschleißfest, abriebresistent und chemikalienbeständig.
Bypass-Ventil Möglichkeit der Materialrückführung oder einer kontinuierlichen Extrusion
Datenaufzeichnung über Software

Grafische Darstellung und Aufzeichnung der Extrusionsparameter (Temeratur, Schmelzvisikosität, Scherkräfte, Drehmoment). Speicherbar als Excel Datei.

Laborkneter

Ein modularer Labormischer zur Analyse und Entwicklung von Polymer- und Kautschukmischungen ermöglicht die präzise Bestimmung materialspezifischer Eigenschaften wie Viskosität, Schmelzverhalten und Verarbeitungseigenschaften unter realitätsnahen Bedingungen.

 

Ausstattung Beschreibung
Kammervolumen (netto) 70 – 100 cm³
Temperaturbereich Bis 400 °C
Drehzahlbereich < 250 min-1
Maximales Drehmoment 160 Nm
Messsystem
 Messung von Drehmoment, Temperatur und Schmelzverhalten zur Materialcharakterisierung
Werkstoffe in der Mischkammer Korrosions- und verschleißbeständiger Stahl
Datenaufzeichnung

Grafische Darstellung und Export aller relevanten Prozessdaten (z. B. Drehmoment, Temperatur, Energieeintrag)

Spritzguss

 

System Beschreibung
MiniJet Kolbenplastifizierung
Spritzgussanlage
 Schneckenplastifizierung

Extrusion

  • Planetwalzenextruder

2. Analytik

 

2.1. Strukturaufklärung

 

400-MHz-Kernresonanzspektroskopie (NMR)

NMR-Spektroskopie

Strukturaufklärung organischer Moleküle, Endgruppenbestimmungen von Polymeren und Reaktionsverfolgung von chemischen Synthesen qualitativ und quantitativ.

 

Ausstattung Beschreibung
9,4-Tesla-Magnet

Frequenz 400 MHz
5-mm-Probenkopf

Automatisch abstimmbar im Bereich von 1H bis 19F und 31P bis 109Ag, Feldgradient bis 140 G/cm
2-Kanalspektrometer Messung sowohl von 1D als auch von 2D COSY-, HMQC-, HMBC-, NOESY-, ROESY-, TOCSY- und DOSY-Spektren möglich
Variable Temperiereinheit -100 °C – 150 °C 

FTIR-Spektroskopie (Transmission und ATR)

Strukturaufklärung organischer Moleküle und Reaktionsverfolgung von chemischen Synthesen.

 

Ausstattung Beschreibung
ATR-Einheit

Zerstörungsfreie Prüfung der Identität von Feststoffen und bekannter Substanzen
Transmissionsmessung von KBr-Presslingen

Quantitative Analysen 

 

2.2. Chromatographische Methoden

 

Gaschromatographie (GC)

Die Gaschromatographie dient sowohl zur qualitativen als auch zur quantitativen Analyse von organischen Substanzgemischen. Grundbedingung hierfür ist die zersetzungsfreie Verdampfung der einzelnen Komponenten.

 

GC-Ausstattung Beschreibung
Single-Quad-MS-Detektor (Massenspektrometrie)

Identifizierung und Bestimmung unbekannter Substanzgemische aus z. B. Lacken, Naturstoffproben, Aroma- und Geruchsstoffen
FID (Flammenionisationsdetektor)

Robuster Detektor für organische Stoffe mit zugleich sehr hoher Empfindlichkeit (Nachweisgrenze 1 ng)
WLD (Wärmeleitfähigkeitsdetektor) Universeller Detektor
Headspace Analysemethode leichtflüchtiger Substanzen
SPME (Festphasenmikroextraktion)

Analysemethode von Proben mit geringer Konzentration mittels Adsorption
Probenaufgabe-Optionen On-column, SSL (split/splitless), PTV (programmed temperature vaporizer)

Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)

Die Hochdruckflüssigkeitschromatographie dient sowohl der qualitativen als auch der quantitativen Analyse von organischen Stoffgemischen in Lösung. 

 

HPLC-Ausstattung Beschreibung
DAD (Dioden-Array-Detektor)

Detektion des kompletten UV/Vis-Bereiches 
ELSD (Evaporative Light Scattering Detector)

Detektion von Substanzen durch strukturspezifische Lichtstreuung 
RID (Refractive Index Detector) Detektion über Brechungsindexänderung
MS-Detektor (Massenspektrometrie)  Identifizierung und Quantifizierung von Substanzen, MSn-Spektren 

Größenausschlusschromatographie/Gelpermeationschromatographie (SEC/GPC)

Bestimmung von Molekulargewichtsverteilungen mit Molmassen von 102 – 107 g/mol.

 

Ausstattung Beschreibung
GPC

Isokratische Pumpe, HFIP-kompatible Geräte

Druck: 200 bar
Differenzial-Refraktometer RI-Detektor

Konzentrationsdetektor für klassische GPC mittels Standard-Kalibrierung
Mehrwellenlängen UV-Vis Detektor Detektion von Strukturverteilungen in Co‑Polymeren
Mehrwinkel-Lichtstreudetektor (MALLS) SLD7100 Molmassensensitive Detektion über die Streuwinkel, geeignet ab 10 000 g/mol, u. a. von natürlichen Peptiden und Biopolymeren
Viskositätsdetektor DVD 1260

Molmassensensitive Detektion über die Viskosität, geeignet ab 5 000 g/mol

Fast protein liquid chromatography (FPLC)

Reinigung von (rekombinanten) Proteinen aus Zelllysaten.

 

Ausstattung Beschreibung
Säulen

Verschiedene Säulenmaterialien zur Proteinreinigung
UV-Detektor (UV-900)

Insbesondere zur Detektion von Proteinen
Leitfähigkeits- und pH-Detektor (P/C-900) Überwachung der Leitfähigkeit und des pH-Wertes

 

2.3. Weitere Methoden

 

Autotitrator

 

Mögliche Anwendungen BESCHREIBUNG
Anwendungen
  • Verseifungszahl nach DIN 53401
  • Verseifungszahl modifiziert für Lignin
  • Säurezahl DIN 53402
  • OH-Zahl nach DIN 53240
  • Endgruppenbestimmung für Polymere
  • Säure-Base-Titrationen
  • Karl-Fischer-Titrationen 

TOC – Analysator

Der TOC Analysator dient zur Bestimmung der Umweltparameter von TOC, NPOC, TC, TIC sowie POC in wässrigen Proben. Durch das TN-Zusatzmodul lässt sich ebenfalls der TNb bestimmen.

 

Ausstattung Beschreibung
Aufschlussmethode

Hochtemperaturverbrennung bis 950 °C
TN Detektor

Elektrochemischer „solid-state“ Detektor
Messbare Parameter TC, TIC, TOC, NPOC, NPOCplus, POC, TN
Messbereich (Nachweisgrenze)

0 – 30.000 mg/l C (4 µg/l C)

0 – 100 mg/l TNb (0,05 mg/l TNb)
Probenzufuhr

Automatische Fließinjektion mit automatischer Ansäuerung/Ausblasen der Proben, Spültechnik und Verdünnungsoption

3. Materialcharakterisierung


3.1. Thermische Analyse

 

Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)

Messung von Wärmestromänderungen, die aufgrund von temperatur- oder zeitabhängigen Veränderungen der physikalischen oder chemischen Probeneigenschaften entstehen (Phasenübergänge).

 

Ausstattung Beschreibung
Temperatur

-80 °C – 500 °C
Messgase

N2, Luft
Heizrate 0,02 – 300 K/min
Kühlrate 0,02 – 50 K/min

Thermogravimetrische Analyse (TGA)

Messung der Massenänderung einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur und Zeit.

 

Ausstattung Beschreibung
Temperatur

Bis 1100 °C
Heizraten

0,02 – 150 K/min
Tiegelvolumen Bis zu 900 µL
SORPTIONSEINHEIT  
Temperatur

Bis 95 °C
Rel. Luftfeuchtigkeit 100 %

HDT/Vicat (noch nicht in Betrieb)

Das HDT/Vicat dient zur Bestimmung der Wärmeformbeständigkeitstemperatur, der Erweichungstemperatur sowie des Zeitstandverhaltens verschiedener Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Temperatur

Bis 300 °C
Normen ISO 75 1-3, ISO 306

Messstationen
4
Ergebnisauswertung
  • Statistische Auswertung und Darstellung als Ergebnistabelle und Grafik
  • Erstellen eines Prüfprotokolls

Schmelzindexprüfgerät (MFI)

Das Gerät dient zur Charakterisierung des Fließverhaltens von Polymerschmelzen.

 

Ausstattung Beschreibung
Prüfmöglichkeiten   

Bestimmung der Schmelze-Massenfließrate (MFI) und der Schmelze-Volumenfließrate (MVI)
Normen

ISO 1133; nachrüstbar für ASTM D 1238 und ASTM D 3364
Temperaturbereich
 Bis 400 °C
Prüfgewicht 2,16 kg, 5 kg
Kapillarenverschluss Für Proben mit niedriger Schmelzviskosität
Prüfkammer Korrosions- und verschleißbeständiger Stahl
Datenaufzeichnung
  • Software für die Messwerterfassung und grafische Darstellung der Messergebnisse
  • Datenexport als CSV-Datei
  • Erstellen eines PDF-Dokuments

3.2. Mechanische Eigenschaften

 

Pendelschlagwerk

Das Pendelschlagwerk dient zur Bestimmung der Schlagzähigkeit verschiedener Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Arbeitsvermögen Bis 50 J
Prüfung nach

ISO 179 (Charpy), ISO 180 (Izod)
Jeweils 3 Pendel 0,5 J, 2 J und 5 J (Charpy), 1 J, 2,75 J und 5,5 J (Izod)
Ergebnisauswertung

Statistische Auswertung und Darstellung als Ergebnistabelle und Grafik. Erstellen eines Prüfprotokolls.

Universalprüfmaschine

Für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften verschiedener Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Prüfmöglichkeiten Zugprüfung nach ISO 527 1-3, 3-Punkt Biegeprüfung nach ISO 178
Prüfkraftbereich

Bis 20 kN
Nennkraft Kraftaufnehmer 2,5 kN
Dehnungsaufnehmer Videoextensometer (optisch)
Probenhalter Pneumatisch mit einstellbarem Schließdruck, Prüfkraft 2,5 kN
Ergebnisauswertung

Statistische Auswertung und Darstellung als Ergebnistabelle und Grafik. Erstellen eines Prüfprotokolls.

Härteprüfung (DIN ISO 7619-1)

Digitale Shore-Härteprüfer Typ A und Typ D mit Prüfstand.

 

Ausstattung Beschreibung
Typ A

Für weiche Materialien
Typ D

Für mittelharte bis harte Materialien
Auflösung 0,1
Genauigkeit ≤ 1 %

Rheologie/DMA (in Planung für 2025)

Anschaffung eines leistungsfähigen Kombinationsgeräts, welches sowohl scherrheologische Untersuchungen in Rotation und Oszillation als auch dynamisch-mechanische Analysen an Festkörpern in Biegung, Zug und Kompression ermöglicht.

Kapillarviskosimetrie mit Ubbelohde-Viskosimeter

Bestimmung der reduzierten, intrinsischen Viskosität von verdünnten Lösungen thermoplastischer Polymere.

 

Ausstattung Beschreibung
Prüfung nach

DIN EN ISO 307, DIN EN ISO 1628 etc.
Lösungsmittel

m-Kresol

Schwefelsäure

Ameisensäure
Viskosimeter Ubbelohde und Mikro-Ubbelohde (DIN 51562)

3.3. Weitere Methoden

 

Mikroskopie

Für Auflicht- und Durchlichtanwendungen.

 

Ausstattung Beschreibung
Objektive

Faseranalysen: 5x, 10x, 20x, 50x

Mikrobiologie: 40x, 100x (Ölimmersion)
5-Mpx-Kamera

Hochauflösende Kamera zur optimalen Bildgebung
3-Achsen-Motorisierung des Probentisches Automatisierte Erstellung tiefenscharfer Bilder über Software möglich

Hellfeld-/Dunkelfeldpolarisation

Phasenkontrast Ph1/Ph2/Ph3

Durchlichtpolarisation mit zusätzlicher Lambda-Platte 

 Diverse Kontrast-/Polarisationseinstellungen für Auf- und Durchlichtanwendungen möglich, um Strukturen optimal darstellen zu können

Farbbestimmung mittels Spektralphotometer

 

Ausstattung Beschreibung

Messmethoden

a) Reflexionsmessungen an Festkörpern, Granulaten, Pulvern, Pasten unter Glanzeinschluss (SCI) oder Glanzausschluss (SCE)

b) Transmissionsmessungen an transparenten Festkörpern (z. B. Folien) und Flüssigkeiten

Wellenlängenbereich

360 – 740 nm

Normlichtarten

verschiedene, z. B. D65

Farbräume

verschiedene, z. B. CIE L*a*b*

Indizes

verschiedene, z. B. Whitness Index und Yellowness Index (ASTM E313), Gardner-Farbzahl, APHA-Hazen-Farbzahl

Dichtebestimmung von Feststoffen und Flüssigkeiten

Feststoffe: Dichtewaage nach DIN EN ISO 1183.

Flüssigkeiten: Dichtemessgerät (Biegeschwinger) zur Bestimmung nach DIN EN ISO 5725 mit Adapterheizung zur Messung von hochviskosen Proben.

 

Ausstattung Beschreibung
Bereich der Dichte

0 g/cm³ – 3 g/cm³
Temperaturbereich

0 °C – 100 °C
Probenvolumen Ca. 1 mL
Genauigkeit 0,0001 g/cm³

Konditionierung von Prüfkörpern

Konstant-Klimaschrank zur Lagerung von Prüfkörpern unter Normklimabedingungen bei 23 °C und 50 % r. F.

Infomaterialien

 

Broschüre »Biotechnologische und chemische Verfahren – BioCat«

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Produktblatt »Elektrosynthese von Basischemikalien«

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Wissenschaftliche Publikationen

Jahr
Year		Titel/Autor:in
Title/Author		Publikationstyp
Publication Type
2026 Electrocatalytic CO2 Reduction Coupled to Formate Fermentation: An Electro-Bio Cascade Approach in Biocompatible Electrolytes
Vieira Dessoy Maciel, Luciana; Fabarius, Jonathan Thomas; Rizzo Piton, Gabriela; Bohlen, Barbara; Pangotra, Dhananjai; Speck, Melanie; Sagstetter, Carina; Sieber, Volker; Roth, Arne		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2025 Project EcoFuel: Renewable Electricity-Based, Cyclic and Economic Production of Fuel
Bachler, Johann; Wiesner-Fleischer, Kerstin; Fleischer, Maximilian M.; Pastusiak, Remigiusz; Simon, Elfriede; Makaruk, Aleksander; Filippi, Michael; Möller, Tim; Ju, Wen; Strasser, Peter; Corbos, Elena Cristina; Hodges, Toby; Smith, Joost; Kortus, Christian; Sacher, Thomas; Cros, Nathalie; Vogelgsang, Ferdinand; Csepei, Lénárd István; Roth, Arne		 Aufsatz in Buch
Book Article
2025 Alte Technik - neues Gewand: Methanol als kommendes Fermentationssubstrat
Fabarius, Jonathan Thomas		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2025 Engineering of an Evolved Artificial Formolase Enzyme To Facilitate In Vivo Synthetic C1Metabolism
Wegat, Vanessa; Güner, Samed; Döring, Manuel; Fabarius, Jonathan Thomas; Roth, Arne; Sieber, Volker S.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2025 Sustainable Aviation Fuels: Erfolgsfaktoren für die Defossilierung des Luftverkehrs
Eisenhuth, Daniel; Betina, Viktoriia; Kraft, Axel; Daschner, Robert; Roth, Arne		 Studie
Study
2025 Green Ammonia as a Decentralized, Cross-Sector Energy Vector for the German Energy Transition
Watermann, Clara; Nitsche, Tim; Csepei, Lénárd-Istvan; Menne, Andreas; Zeidler-Fandrich, Barbara		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2024 Verfahren zur Herstellung einer Folie, einer Beschichtung oder eines Formkörpers aus Hefe-Biomasse
Wegat, Vanessa; Kohl, Michael; Roth, Arne; Fabarius, Jonathan		 Patent
2024 Process Cascade for the Production of Green Polymers from CO2 and Electric Energy
Fabarius, Jonathan Thomas; Pietzka, Carsten; Pangotra, Dhananjai; Wriedt, Benjamin; Vieira Dessoy Maciel, Luciana; Sagstetter, Carina; Speck, Melanie; Ziogas, Athanassios; Baumgarten, Nils; Kost, Hans-Joachim; Löb, Patrick; Patzsch, Katja; Bernau, Catherine Rose; Böringer, Sarah; Pico, Davide; Lieske, Antje; Vater, Marcus; Wendler, Ulrich; Roth, Arne		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2024 Genetisch veränderte Zellen von Methylorubrum zur fermentativen Produktion von Glycolsäure und Milchsäure aus Cx-Verbindungen
Fabarius, Jonathan; Sagstetter, Carina; Speck, Melanie; Roth, Arne		 Patent
2024 Atypical cellular responses mediated by intracellular constitutive active TrkB (NTRK2) kinase domains and a solely intracellular NTRK2-fusion oncogene
Gupta, Rohini; Dittmeier, Melanie; Wohlleben, Gisela; Nickl, Vera; Bischler, Thorsten; Luzak, Vanessa; Wegat, Vanessa; Doll, Dennis; Sodmann, Annemarie; Bady, Elena; Langlhofer, Georg; Wachter, Britta; Havlicek, Steven; Gupta, Jahnve; Horn, Evi; Lüningschrör, Patrick; Villmann, Carmen; Polat, Bülent; Wischhusen, Jörg; Monoranu, Camelia M.; Kuper, Jochen; Blum, Robert		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2024 A novel engineered strain of Methylorubrum extorquens for methylotrophic production of glycolic acid
Dietz, Katharina; Sagstetter, Carina; Speck, Melanie; Roth, Arne; Klamt, Steffen; Fabarius, Jonathan Thomas		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Electrochemical Water Oxidation to Hydrogen Peroxide on Bipolar Plates
Pangotra, Dhananjai; Roth, Arne; Sieber, Volker; Vieira Dessoy Maciel, Luciana		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Bioelectrochemical synthesis of gluconate by glucose oxidase immobilized in a ferrocene based redox hydrogel
Radomski, Johanna; Vieira Dessoy Maciel, Luciana; Sieber, Volker		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Lipase‐mediated plant oil hydrolysis - Toward a quantitative glycerol recovery for the synthesis of pure allyl alcohol and acrylonitrile
Melcher, Felix; Vogelgsang, Ferdinand; Haack, Martina; Masri, Mahmoud; Ringel, Marion; Roth, Arne; Garbe, Daniel; Brück, Thomas		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Electrochemical CO2 Utilization for the Synthesis of α-Hydroxy Acids
Seidler, Johannes; Roth, Arne; Vieira Dessoy Maciel, Luciana; Waldvogel, Siegfried R.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 FexNi(1-x) coatings electrodeposited from choline chloride-urea mixture: Magnetic and electrocatalytic properties for water electrolysis
Oliveira, Francisco G.S.; Santos, Luis P.M.; Silva, Rodolfo B. da; Correa, Marcio A.; Bohn, Felipe; Correia, Adriana N.; Vieira Dessoy Maciel, Luciana; Vasconcelos, Igor F.; Lima-Neto, Pedro de		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Anodic production of hydrogen peroxide using commercial carbon materials
Pangotra, Dhananjai; Csepei, Lénárd-Istvan; Roth, Arne; Ponce de León, C.; Sieber, Volker; Vieira Dessoy Maciel, Luciana		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Anodic generation of hydrogen peroxide in continuous flow
Pangotra, Dhananjai; Csepei, Lénárd-Istvan; Roth, Arne; Sieber, Volker; Vieira Dessoy Maciel, Luciana		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Synthetic methylotrophic yeasts for the sustainable fuel and chemical production
Wegat, Vanessa; Fabarius, Jonathan; Sieber, Volker		 Review
2021 Enhanced C2 and C3 Product Selectivity in Electrochemical CO2 Reduction on Carbon-Doped Copper Oxide Catalysts Prepared by Deep Eutectic Solvent Calcination
Iwanow, Melanie; Seidler, Johannes; Vieira, Luciana; Kaiser, Manuela; Opdenbosch, Daniel Van; Zollfrank, Cordt; Gärtner, Tobias; Richter, Michael; König, Burkhard; Sieber, Volker		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Design of a synthetic enzyme cascade for the in vitro fixation of a C1 carbon source to a functional C4 sugar
Güner, S.; Wegat, V.; Pick, A.; Sieber, V.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Power-to-Methanol. Schlussbericht
Hadrich, Max; Roth, Arne; Apfelbacher, Andreas		 Bericht
Report
2021 Sustainable chemistry - An interdisciplinary matrix approach
Richter, Michael; Vieira, Luciana; Sieber, Volker		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Novel cuprous oxide morphologies using amino acids and carboxylic acids as structure directing agents in a simple hydrothermal method
Seidler, J.; Landgraf, V.; Vieira, L.; Opdenbosch, D. Van; Waldvogel, S.R.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Synthetic Methylotrophy in Yeasts: Towards a Circular Bioeconomy
Fabarius, J.T.; Wegat, V.; Roth, A.; Sieber, V.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Dezentrale Entkopplung von Stromerzeugung und Energieversorgung durch Kopplung von onsite-elektrochemischer Methanolerzeugung und Methanolbrennstoffzellen - eleMeMe. Schlussbericht
Csepei, L.-I.; Deinert, L.; Roth, A.; Vieira, L.; Wössner, M.		 Bericht
Report
2020 Assessing the potential of carbon dioxide valorisation in Europe with focus on biogenic CO2
Rodin, V.; Lindorfer, J.; Böhm, H.; Vieira, L.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Pyrolysis of Deep Eutectic Solvents for the Preparation of Supported Copper Electrocatalysts
Iwanow, M.; Vieira, L.; Rud, I.; Seidler, J.; Kaiser, M.; Opdenbosch, D. Van; Zollfrank, C.; Richter, M.; Gärtner, Tobias; König, B.; Sieber, V.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Electrochemical CO2 reduction to formate on indium catalysts prepared by electrodeposition in deep eutectic solvents
Bohlen, B.; Wastl, D.; Radomski, J.; Sieber, V.; Vieira, L.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Renewable fuels for aviation
Roth, Arne		 Aufsatz in Buch
Book Article
2019 Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen
Perry, Samuel C.; Pangotra, Dhananjai; Vieira, Luciana; Csepei, Lénárd-István; Sieber, Volker; Wang, Ling; Ponce de León, Carlos; Walsh, Frank C.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Innovative cascade processes for the CO2 conversion into fuels and chemicals
Csepei, Lénárd-István; Gärtner, Tobias; Schmid, Jochen; Sieber, Volker		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 Characterization of biomimetic cofactors according to stability, redox potentials, and enzymatic conversion by NADH oxidase from Lactobacillus pentosus
Nowak, C.; Pick, A.; Csepei, L.-I.; Sieber, V.		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 Regenerative Synthese von chemischen Energiespeichern und Feinchemikalien
Csepei, Lénéard István; Steffler, Fabian; Gärtner, Tobias; Sieber, Volker		 Patent
2015 Is starch only a visual indicator for iodine in the Briggs-Rauscher oscillating reaction?
Csepei, Lénárd-István; Bolla, Csaba		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2014 The reaction network in propane oxidation over phase-pure MoVTeNb M1 oxide catalysts
Naumann d'Alnoncourt, Raoul; Csepei, Lénárd-István; Hävecker, Michael; Girgsdies, Frank; Schuster, Manfred E.; Schlögl, Robert; Trunschke, Annette		 Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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