Fraunhofer-Leitprojekt »E³-Produktion«

Effizient – Emissionsneutral – Einbindung des Menschen

© Fraunhofer IGB

Für produzierende Unternehmen wird es immer wichtiger, alternative und regenerative Energieträger effizient einzusetzen und Materialien im Kreislauf zu führen. Auch die Rolle des Menschen ist in einer zunehmend digitalisierten und vernetzten Produktionsumgebung zu überdenken. Das Leitprojekt »E3-Produktion« erforscht daher die Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz, der Emissionsneutralität und der Ergonomie (Einbindung des Menschen in die Produktion).

Das Fraunhofer IGB ist in zwei Teilprojekten involviert. Im Teilprojekt »Integrierte verfahrenstechnische Prozessketten« wird ein effizientes biotechnologisches Verfahren zur Abtrennung und Aufkonzentrierung von Metallen aus verdünnten technischen Prozessmedien mit hohem Wirkungsgrad entwickelt. Die synergetische Betrachtung von sozialen und ökologischen Kriterien in einem effizienten Produktionsablauf steht im Teilprojekt »Nachhaltigkeits- und Nutzenbewertung von Produktionen für die deutsche Industrie – SUSPROFIT« im Vordergrund.

Ultrakurze Produktionsprozesse – Integrierte Prozesstechnik zur Abtrennung von Metallen

Festbettreaktor

Festbett-Umlaufreaktor.

Im Teilprojekt »Integrierte verfahrenstechnische Prozessketten« haben wir einen Festbett-Umlaufreaktor aufgebaut und ein biotechnologisches Verfahren zur Behandlung gebrauchter Kühlschmiermittel aus der metallverarbeitenden Industrie etabliert. Der am IGB entwickelte Festbett-Umlaufreaktor verfolgt das Prinzip einer ultrakurzen Prozesskette, da er gleichzeitig verschiedene Verfahrensschritte erlaubt: die Immobilisierung von Mikroorganismen auf Festbettpartikeln, die biologisch induzierte Fällung der Metalle, die Reinigung der Partikel sowie die Abtrennung der gefällten Metalle über die Integration eines Hydrozyklons.

Endprodukt dieser bioverfahrenstechnischen Behandlung ist eine stark konzentrierte metallhaltige Feststofffraktion in hoher Qualität (> 5 g/kg abgetrennter Feststoff). Für die Auslegung des Festbett-Umlaufreaktors wurden die Partikeleigenschaften, das Aufwuchsverhalten der Mikroorganismen, die mechanische Stabilität der Partikel, die Fließeigenschaften der Schüttung sowie die Kosten für ein Scale-up identifiziert. Über die Anwendung modifizierter Berechnungsansätze aus der Schüttguttechnik wurden die Dimensionierungsgrößen für einen Massenfluss im Reaktor festgelegt. Aus dem Medium wurden geeignete mikrobielle Populationen angereichert und die für die Charakterisierung des Prozessverlaufs notwendige Ionenanalytik etabliert. Nach der Validierung wird das Verfahren im Pilotmaßstab über längere Zeit betrieben. Im Anschluss steht es für andere Prozesswässer zur Verfügung.