Chemische Verfahren

Ausgangsstoffe für Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie aus Lignin, erneuerbarer Energie und CO2

Im Vordergrund steht die verfahrenstechnische Entwicklung chemischer Prozesse zur Herstellung von biobasierten Grund-, Fein-, und Plattformchemikalien sowie petrochemischen Produkten für eine Weiterverarbeitung in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie. Edukte dieser Prozesse bilden alternative Quellen wie Lignin, erneuerbare Energien, strombasierter H2 und CO2 aus Rauchgasen oder nach Adsorption aus der Luft.

Neben der Entwicklung und Überführung neuer Verfahrenskonzepte vom Labor- bis in den Technikumsmaßstab spielt auch die Optimierung der Stoff- und Energieeffizienz eine wichtige Rolle. Entwicklungsbegleitend können durch theoretische Betrachtungen und Prozesssimulation Verfahrensschritte optimiert, energetisch betrachtet und bilanziert werden.

 

Wertschöpfung aus Lignin

Für den wirtschaftlichen Betrieb von Bioraffinerien ist die Umwandlung von Lignin in hochwertige Produkte unerlässlich. Wir untersuchen und skalieren Verfahren zur Modifikation und Depolymerisation von Lignin, welche dessen Struktur und Funktionalität erhalten oder steigern. So werden bisher nicht zugängliche aromatische Strukturen mit neuen Funktionalitäten und neuem Leistungsspektrum für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen identifiziert.

 

Strombasierte Kraftstoffe und Chemikalien

Power‑to‑X‑Vorhaben werden im Zuge der Energiewende immer forschungsrelevanter. Überschussstrom aus erneuerbaren Energien kann für die Herstellung wertvoller Produkte im Chemiesektor eingesetzt werden. Wir untersuchen, wie sich regenerativ erzeugter »grüner« Wasserstoff in nachhaltigen Syntheseprozessen nutzen lässt, etwa zur chemokatalytischen Konversion von CO2 in Plattformchemikalien oder Brenn- und Kraftstoffe.  

 

Produktabtrennung und -aufarbeitung

Für kundenspezifische Anwendungen werden neue maßgeschneiderte Aufarbeitungsverfahren entwickelt, skaliert und evaluiert. Dabei bewerten und optimien wir die industrielle Umsetzbarkeit der Verfahren bereits im Labormaßstab.

Prozess- und Anlagenauslegung

Mithilfe moderner Simulationstools (CHEMCAD, Aspen) bewerten wir gemeinsam mit unseren Projektpartnern die entwickelten Verfahren hinsichtlich ihrer Energie- und Rohstoffeffizienz, planen und bauen Anlagen und nehmen sie in Betrieb.

Leistungsangebot

Das Leistungsspektrum reicht von der Abbildung der Prozessparameter im Labormaßstab bis hin zur Skalierung in den Pilotmaßstab. Mit dem installierten Equipment können auch apparate- und verfahrenstechnisch anspruchsvolle Umsetzungen unter hohen Drücken (350 bar) und Temperaturen (bis 500 °C) realisiert werden. Zu nennen sind beispielsweise Gasphasenreaktionen mit Wasserstoff, Sauerstoff oder Ammoniak sowie Reaktionen in Gegenwart von brennbaren Substanzen, in stark alkalischem oder saurem Milieu oder in nah- und überkritischer wässriger Phase.

Prozess- und Anlagenauslegung für die Pilotierung

Mithilfe moderner Simulationstools (ASPEN) werden die entwickelten Verfahren, gemeinsam mit unseren Projektpartnern, hinsichtlich Energie- und Rohstoffeffizienz bewertet und dadurch die Weiterentwicklung unterstützt. Die Pilotierung der Prozesse erlaubt zudem, relevante Produktmengen herzustellen, etwa für eine Bemusterung oder die Validierung der Stoffströme für nachfolgende Prozessschritte.

Ausstattung

Mit der am Fraunhofer CBP vorhandenen Ausstattung können wir eine Vielzahl etablierter Reaktionsarten darstellen und Umsetzungen in der Gas- oder Flüssigphase, aber ebenso mit Feststoffen realisieren. Dabei liegt der Schwerpunkt vor allem bei katalytischen Reaktionen zur (De-)Funktionalisierung biogener Rohstoffe. Vor der Pilotierung können im 0,1- bis 10-Liter-Maßstab Machbarkeitsstudien durchgeführt oder die gewünschte Synthesestufe angepasst werden.

Kontinuierliche und diskontinuierliche Reaktoren werden zur Skalierung in den Pilotmaßstab verwendet, um Umsätze im Kilogramm- bis Tonnen-Maßstab zu demonstrieren. Diese sind unter ATEX-Richtlinien Zone 2 ausgeführt.

Insbesondere zu erwähnen sind:

  • Rührkesselreaktoren für diskontinuierliche Reaktionen unter atmosphärischen Bedingungen mit einer Kapazität von 1 L, 10 L und 100 L
  • Rührkesselreaktoren zur Abbildung von Druckreaktionen bis zu 200 bar bei 300 °C mit einer Kapazität von 0,3 L, 1,2 L, 2 L und 50 L, geeignet für homogen und heterogen katalysierte Reaktionen in der Gas- und Flüssigphase
  • Strömungsrohrreaktoren für Hochdruckreaktionen im Labor-und Pilotmaßstab zur Umsetzung biogener Stoffströme, auch in der Gasphase

Referenzprojekte

Flexibilisierung der Chemieindustrie

Infomaterialien

 

Broschüre »Stoffliche Nutzung von Lignocellulose«

Verfahrensentwicklung und Skalierung