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

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2022 Products and applications of different lignins from biorefineries
Unkelbach, Gerd; Hirth, Thomas
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Green hydrogen as a key enabler for the bioeconomy
Pufky-Heinrich, Daniela
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Prospects and opportunities for Eastern Germany for a competitive hydrogen economy
Brock, Laura Victoria; Ventz, Hannah; Growitsch, Christian; Pufky-Heinrich, Daniela
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Platform and fine chemicals from woody biomass: Demonstration and assessment of a novel biorefinery
Nitzsche, R.; Gröngröft, A.; Köchermann, J.; Meisel, K.; Etzold, H.; Verges, Marlen; Bachmann, J.; Leschinsky, Moritz; Saake, B.; Torkler, Sandra; Rößiger, B.; Patzsch, Katja; Pufky-Heinrich, D.; Unkelbach, Gerd
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 v-Carotene extraction from Dunaliella salina by supercritical CO2
Ludwig, K.; Rihko-Struckmann, L.; Brinitzer, Gordon; Unkelbach, G.; Sundmacher, K.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Kinetic modeling of the continuous hydrothermal base catalyzed depolymerization of pine wood based kraft lignin in pilot scale
Bernhardt, Justin; Rößiger, Björn; Hahn, Thomas; Pufky-Heinrich, Daniela
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Valorization of Lignin via Oxidative Depolymerization with Hydrogen Peroxide: Towards Carboxyl-Rich Oligomeric Lignin Fragments
Junghans, U.; Bernhardt, J.J.; Wollnik, R.; Triebert, D.; Unkelbach, G.; Pufky-Heinrich, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 The resource principle. Utilization and intelligent reprocessing routes for wood-based materials, natural fibers and organic residues
Kasal, Bohumil; Leschinsky, Moritz; Oehr, Christian; Unkelbach, Gerd; Wolperdinger, Markus
Aufsatz in Buch
Book Article
2019 Das Wertstoff-Prinzip
Kasal, Bohumil; Leschinsky, Moritz; Oehr, Christian; Unkelbach, Gerd; Wolperdinger, Markus
Aufsatz in Buch
Book Article
2019 Bio-Based Epoxy Resins Based on Linseed Oil Cured with Naturally Occurring Acids
Thiele, K.; Eversmann, N.; Krombholz, A.; Pufky-Heinrich, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Bioraffineriekonzepte: Mehr erreichen, ohne zu pressen
Pufky-Heinrich, Daniela; Steffler, Fabian; Börner, Gunter
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Neue Produkte aus Ölsaaten - Der Weg zu innovativen Bioraffineriekonzepten
Steffler, Fabian; Börner, Gunter; Pufky-Heinrich, Daniela
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Ethanolische native Extraktion geschälter Rapssaat
Steffler, Fabian; Franke, Sandra; Röver, Robert; Piór, A.; Börner, Gunter; Pufky-Heinrich, Daniela
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 From wood to resin - identifying sustainability levers through hotspotting lignin valorisation pathways
Lettner, Miriam; Solt, Pia; Rößiger, Björn; Pufky-Heinrich, Daniela; Jääskeläinen, Anna-Stiina; Schwarzbauer, Peter; Hesser, Franziska
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Feasibilty study on the etherification of fermentative-produced isobutylene to fully renewable ethyl tert-buytl ether (ETBE)
Tretbar, Maik; Witzel, Thomsen; Hauffe, Anika; Junghans, Ulrike; Bulc, Ales; Pufky-Heinrich, Daniela
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Base-catalyzed depolymerization of lignin: History, challenges and perspectives
Rößiger, Björn; Unkelbach, Gerd; Pufky-Heinrich, Daniela
Aufsatz in Buch
Book Article
2017 Süße Additive. Biobasierte Benzinzusatzstoffe
Pufky-Heinrich, Daniela; Bulc, Ale
Internetbeitrag
Internet Contribution
2017 Von fossilen zu biogenen Rohstoffen
Hirth, Thomas; Unkelbach, Gerd
Aufsatz in Buch
Book Article
2017 Production of Bio-Phenols for Industrial Application
Rößiger, B.; Röver, R.; Unkelbach, G.; Pufky-Heinrich, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Verfahren zur Fällung von Lignin aus Organosolv-Kochlaugen
Leschinsky, Moritz; Unkelbach, Gerd; Schulze, Peter; Lorenz, Heike; Seidel-Morgenstern, Andreas
Patent
2016 Process scale-up for the production of bioaromatic compounds from lignin
Pufky-Heinrich, Daniela; Rößiger, Björn; Röver, Robert; Unkelbach, Gerd
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Advanced process for precipitation of lignin from ethanol organosolv spent liquors
Schulze, Peter; Seidel-Morgenstern, Andreas; Lorenz, Heike; Leschinsky, Moritz; Unkelbach, Gerd
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Vom Holz zum Biopolymer - Theorie und Praxis
Unkelbach, Gerd; Fritsch, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2014 Assessment of an Organosolv lignocellulose biorefinery concept based on a material flow analysis of a pilot plant
Laure, S.; Leschinsky, Moritz; Fröhling, M.; Schultmann, F.; Unkelbach, G.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2014 Vom Schüttelkolben in die Industrie
Unkelbach, Gerd
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2014 Aromatische Molekülbausteine aus Lignin
Pufky-Heinrich, D.; Unkelbach, G.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Verfahren zur Herstellung von Ethylen und anderen Olefinen aus wässrigen Lösungen der korrespondierenden Alkohole
Unkelbach, Gerd; Schweppe, Rainer; Hirth, T.
Patent
2012 Stoffliche Nutzung von Lignin. Ein Beitrag zur ganzheitlichen stofflichen Nutzung von Biomasse. TI.1: Hintergrund, Rohstoffe, Gewinnung und Nutzung unter Erhalt der polymeren Struktur
Hirth, Thomas; Unkelbach, G.; Leschinsky, Moritz
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Neue Strategien - Holz als Rohstoff für die chemische Industrie
Pufky-Heinrich, D.; Leschinsky, Moritz; Unkelbach, G.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2012 Stoffliche Nutzung von Lignin. Ein Beitrag zur ganzheitlichen stofflichen Nutzung von Biomasse. Tl. 2: Chemische und biochemische Spaltung von Lignin in Aromaten
Hirth, Thomas; Unkelbach, G.; Zibek, S.; Staiger, Nadine; Leschinsky, Moritz
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2011 Biobasierte Monomere und Polymere
Hirth, Thomas; Fehrenbacher, Ulrich; Kowollik, Kristian; Krischke, Wolfgang; Krügener, Sven; Rupp, Steffen; Schweppe, Rainer; Unkelbach, Gerd; Zibek, Susanne
Aufsatz in Buch
Book Article
2010 Nanopartikel-Enzym-Konjugate für die Entwicklung von Biosensoren
Pufky-Heinrich, D.; Weber, A.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2010 Evaluation of gelatin-based cell substrates and 3D microstructuring by multiphoton polymerization
Hoch, Eva; Engelhardt, S.; Pufky-Heinrich, D.; Kluger, Petra; Hirth, Thomas; Tovar, G.; Borchers, K.
Poster
2010 Photocrosslinking and 3D microstructuring of gelatin for the generation of substrates for artificial cartilage
Hoch, Eva; Engelhardt, S.; Pufky-Heinrich, D.; Kluger, Petra; Hirth, Thomas; Tovar, G.; Borchers, K.
Poster
2009 Biomimetic nanoparticles providing molecularly defined binding sites - protein-featuring structures versus molecularly imprinted polymers
Borchers, K.; Genov, S.; Gruber-Traub, C.; Niedergall, K.; Plankalayil, J.; Pufky-Heinrich, D.; Riegler, J.; Schreiber, T.; Tovar, G.E.M.; Weber, A.; Wojciukiewicz, D.
Aufsatz in Buch
Book Article
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

This list has been generated from the publication platform Fraunhofer-Publica

Infomaterialien

 

Broschüre »Stoffliche Nutzung von Lignocellulose«

Verfahrensentwicklung und Skalierung