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Produkt- und Prozessentwicklung zur Herstellung und der thermischen Umformung von thermoplastischen faserverstärkten Betonbewehrungen aus recyclierten Carbonfasern, Teilvorhaben: Matrixmodifikation und Profilierung

Kronospan GmbH Lampertswalde - Änderung der Anlage zur Herstellung von Holzfaserplatten und Holzspanplatten durch die Optimierung der Harzküche in der Halle 19

Die Kronospan GmbH Lampertswalde, Mühlbacher Straße 1, in 01561 Lampertswalde, beantragte mit Datum vom 28. April 2022 die Genehmigung gemäß § 16 des Gesetzes zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnliche Vorgänge (Bundes-Immissionsschutzgesetz) in der Fassung der Bekanntmachung vom 17. Mai 2013 (BGBl. I S. 1274; 2021 I S. 123), das zuletzt durch Artikel 2 Absatz 3 des Gesetzes vom 19. Oktober 2022 (BGBl. I S. 1792) geändert worden ist, für die wesentliche Änderung der Anlage zur Herstellung von Holzfaserplatten und Holzspanplatten in der Halle 19 am Standort Lampertswalde. Das Vorhaben umfasst im Wesentlichen die folgenden Maßnahmen: • Austausch der bestehenden Harzreaktoren R19-01 und R19-04 durch zwei neue Reaktoren mit Vergrößerung des Fassungsvermögens von je 17 m³ auf je 20 m³ bei gleichbleibender Produktionskapazität von 73.000 t/a Harz • Vergrößerung der bestehenden Hopper für Melamin (B3-01) und Harnstoff (B3-02) von 8,5 m³ auf 12 m³ • Wegfall der thermoölinduzierten Beheizung der Harzreaktoren (R19-01, R19-04) und des Laborreaktors (R19-03) und Rückbau des Thermoölsystems in der Harzküche • Anbindung der Harzreaktoren und des Laborreaktors an das Dampfnetz der Kronospan GmbH Lampertswalde mittels Dampfreduzierstation zur Beheizung der Harzreaktoren • Anbindung der Harzreaktoren und des Laborreaktors an das Dampfkondensatnetz der Kronospan GmbH Lampertswalde • Anbindung des Kühlsystems der Harzreaktoren an die Rückkühlanlage des Betriebsteils IX (Formalin- und Leimanlage) • gleichzeitiger Betrieb der Harzreaktoren R19-01 und R19-04 unter Beibehaltung der genehmigten Abluftführung in die Regenerative Nachverbrennung (RNV) • Entfall der Vakuumanlage und Ersatz selbiger durch zwei Ventilatoren an den Harzreaktoren • Entfall und Rückbau der Lagertanks für Zuckerlösung, Dosierung des Zuckers als Feststoff direkt in die Reaktoren • Aufstellung von zwei 80-m³-Silos für Melamin (B19-08 und B19-09) an der Stelle der Zuckertanks • Umwidmung des Lagertanks B2.03 auf Diethylenglykol (DEG), 32%ige Hexamethylentetraminlösung und Caprolactam in Wasser 30% (jeweils Alternativbelegung) und des Tanks B1.01 auf Harnstoffharze, • Änderung der Stofflagerung in der Halle 19 - Umnutzung des Passivlagers B von Natronlauge-Lagerung (IBC) auf Titandioxid-Suspension mit geändertem Lagerort - Schaffung zusätzlicher Passivläger C bis E • Anbindung der Abgase der Leimanlage der BE IX an die bestehende RNV (BE VII) • Entfall der Druckentlastung auf dem Melamin Hopper

Rohstoffliches Recycling von glasfaserverstaerkten PA-6-Abfaellen

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Hydrolyseverfahren zu entwickeln, die es ermoeglichen, gefuelltes und glasfaserverstaerktes PA-6 zu Caprolactam abzubauen, ohne dass ein wirtschaftlich und oekologsich unvertretbar hoher Verbrauch an Katalysatoren auftritt. Untersuchungen des pyrolytischen und hydrolytischen Abbaus von glasfaserverstaerktem PA-6 haben gezeigt, dass mit dem pyrolytischen Abbau in Gegenwart von basischen Katalysatoren, insbesondere Kaliumcarbonat, sowie mit dem hydrolytischen Abbau ohne Katalysator das monomere Caprolactam in Ausbeuten bis zu 90 Prozent bezogen auf das eingesetzte PA-6 erhalten werden kann. Daneben sind verschiedene Oligomere zu beobachten. Vorteil des hydrolytischen Abbaus ist die Tatsache, dass die Glasfasern quantitativ abgetrennt werden koennen, waehrend sie beim pyrolytischen Abbau mit Crackrueckstaenden verbacken sind. Als weiterer Vorteil des hydrolytischen Abbaus ist ausserdem zu nennen, dass dieses Verfahren auch ohne Katalysatoren auskommt, allerdings sind aufgrund der niedrigeren Reaktionstemperaturen die Reaktionszeiten im Vergleich zum pyrolytischen Abbau relativ lang.

Konzeption, Bau und Test eines Solar-Photoreaktors der zweiten Generation

Ziel des Vorhabens ist die Realisierung photochemischer Synthesen unter Einsatz konzentrierter Sonnenstrahlung. Hergestellt werden sollen Bulkchemikalien, die in konventionellen Verfahren auf thermischen Routen oder photochemisch mit elektrisch betriebenen Strahlern produziert werden. Der Ersatz von Lampen durch die saubere, ressourcenschonende Lichtquelle Sonne ist in geeigneten Faellen von energiewirtschaftlicher und umweltpolitischer Relevanz. Ergebnis: Ein Solarphotoreaktor wurde gebaut und im Hochflussdichte-Sonnenofen der DLR in Koeln-Porz getestet. Als Testreaktion wurde die Photonitrosierung von Cyclohexan mit Nitrosylchlorid ausgewaehlt und erfolgreiche Versuche durchgefuehrt. Die erzielten Umsaetze, Lichtbedarf und Produktqualitaet sind vergleichbar mit denen, die bei Verwendung kuenstlicher Strahlenquellen erzielt werden.

Reaktive Extrusion von Zellulosefaser gefülltem Polyamid 6

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Thermoplasten werden oft Verstärkungsfasern, z.B. Glasfasern, mit Doppelschneckenextrudern in den schmelzeförmigen Kunststoff eingearbeitet. In jüngster Zeit wird Holz als alternativer Füllstoff eingesetzt. Solche Holz-Kunststoff Composites (engl. Wood Plastic Composites (WPC)) sind ökologisch vorteilhafte, preisgünstige Werkstoffe mit niedriger Dichte und guten mechanischen Eigenschaften. Sie führen im Vergleich zu Glasfasern zu geringem Maschinenverschleiß und weisen Vorteile bezüglich der Rezyklierbarkeit auf. Aufgrund der geringen thermischen Stabilität der Holzfasern ist bislang ihr Einsatz auf Kunststoffe mit Verarbeitungstemperaturen von unter 200 C beschränkt, z.B. Polyethylen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, einen naturfaserverstärkten Konstruktionswerkstoff am Beispiel von Polyamid 6 (PA) zu entwickeln. Zusätzlich soll ein Herstellungsverfahren entwickelt werden, bei dem die Fasern einen sehr guten Verbund zum PA bilden. Als Naturfasern kommen aufgrund der hohen thermischen Stabilität hochreine Zellulosefasern zum Einsatz. Das Verfahren der reaktiven Extrusion wird entwickelt, um auf einem Doppelschneckenextruder Zellulosefasern mit E-Caprolactam (CL) zu imprägnieren und anschließend zu PA-Zellulose Composite zu polymerisieren. Die Entwicklung wird in 5 Schritten durchgeführt. In Schritt 1 werden kleine Mengen diskontinuierlich im Kolbenreaktor und auf einem Laborkneter hergestellt. In den Schritten 2 und 3 werden die kontinuierliche Imprägnierung und die Polymerisation auf dem Doppelschneckenextruder entwickelt. Die hergestellten PA-Zellulose Composite werden in Schritt 4 im Spritzgießprozess zu Formteilen weiterverarbeitet. Die Materialien werden bezüglich der mechanischen und morphologischen Eigenschaften sowie bezüglich ihres Restmonomergehalts charakterisiert. Als Ergebnis dieses Forschungsvorhabens stehen als neuer Werkstoff ein PA-Zellulose Composite und ein neues Verfahren zu seiner Herstellung zur Verfügung.

Innovatives Herstellungsverfahren von Polyamid 6-Nanocompounds auf Basis von Schichtsilikaten und Caprolactam, Teilvorhaben 1

Im Rahmen dieses Projektes wird auf Basis neuer Modifizierungsverfahren für Schichtsilikate ein kontinuierliches in-situ Herstellungsverfahren für Nanocompounds auf einem Doppelschneckenextruder entwickelt und unter praxisrelevanten Bedingungen getestet. Das Hauptaugenmerk der reaktiven Extrusion im Labormaßstab liegt auf der Prozessrealisierung und -optimierung (Vakuumentgasung, Schneckenkonfiguration) und auf der Modifizierung der Nanopartikel (Caprolactam) mit dem Ziel, eine optimale Exfolierung und Distribution der Nanopartikel in der Polymermatrix zu erreichen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen als Grundlagen der Übertragung auf scale-up-Versuche. So wird im Rahmen dieses Projektes ein Herstellungsprozess von Nanocompounds realisiert. Dadurch kann dem Markt ein hochgefülltes Compound als Masterbatch zur Verfügung gestellt werden.

Innovatives Herstellungsverfahren von Polyamid 6-Nanocompounds auf Basis von Schichtsilikaten und Caprolactam, Teilvorhaben 2

Produktionsintegrierter Umweltschutz bei der Phenolsynthese in der Caprolactam Leuna GmbH

Die Phenolproduktion der Caprolactam Leuna GmbH basiert auf einem weltweit angewandten Verfahren, bei dem gasfoermige, fluessige und feste Reststoffe anfallen, die entsorgt werden muessen. Im Ergebnis der F+E-Arbeiten sollen durch prozessintegrierte Massnahmen die Abwassermenge um ca. 40 Prozent, die fluessigen organischen Reststoffe um ca. 20 Prozent reduziert und der Anfall von festen Reststoffen vermieden werden. Dies wird erreicht durch Verfahrensaenderungen und Werkstoffrueckgewinnung, die zum Teil ueber den gegenwaertigen Stand der Technik und ueber das gesetzlich geforderte Mass hinausgehen werden. Zur Kostenminimierung werden die F+E-Arbeiten so weit als moeglich mit eigenem Personal durchgefuehrt. Phenol wird seit ueber 25 Jahren in Leuna produziert. Die Caprolactam Leuna GmbH verfuegt somit ueber ein hohes Mass an Fachkompetenz fuer diese Arbeiten.

Chemie mit Sonnenlicht: Solar-photochemische Prozessentwicklung - Experimentelle Erprobung und systemtechnische Bewertung

Es ist das Ziel dieses Vorhabens, denkbare Einstiegswege fuer eine industrielle Realisierung solar-photochemischer Techniken mit Ergebnissen und Fakten zu untermauern, um sie naeher an den Markt heranzufuehren. Fuer einige ausgewaehlte Prozesse sollen das technische Potential systematisch herausgearbeitet und Grenzen solar-chemischer Verfahrensweisen aufgezeigt werden. Im Vordergrund der Untersuchungen stehen potentielle Nischen fuer fruehe Anwendungen. Hierzu zaehlen die solar-photochemische Produktion von Feinchemikalien (v.a. photooxygenierter Produkte) und der Bulkchemikalie Caprolactam, die im Vergleich zur konventionellen photochemischen Synthesevariante bereits heute sogar unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten attraktiv erscheint. Zwar ist die chemische Speicherung der Sonnenenergie auf lange Sicht wichtiger, diese spezifischen Anwendungen sollen aber zunaechst mit groesserem Nachdruck bearbeitet werden, damit die Chance einer frueheren Umsetzung in die Praxis - und somit auch die Einbindung industrieller Partner in die Technologieentwicklung - ergriffen werden kann.

Novel eco-efficient oxidation processes based on h2o2 synthesis on catalytic membranes (NEOPS)

Background: Hydrogen peroxide is an important inorganic chemical. Its use is very universal though most of the produced peroxide is consumed for bleaching of textiles and paper. The main advantage of using this particular oxidizing agent is because it is reduced to water, which is obviously an innocuous product in the waste water. Some other applications are production of peroxocompounds (peroxocarbonates, peroxoborates) used in detergents, epoxidating agent for alkenes, synthesis of caprolactam, preserving compound in food inddustry etc. Though there are a number of different routes to manufacture hydrogen peroxide nowadays it is solely produced by autooxidation of antrachinone derivatives. This procedure was implemented by I.G. Farbenindustrie at the end of World war II. The process is composed of several steps depicted bellow. At first step 2-alkylantrachinone is dissolved in a mixture of organic solvents (mostly alcohol/hydrocarbon or ester/hydrocarbon) and reduced to a corresponding chinol by hydrogen in the presence of a catalyst composed of Raney nickel and palladium on a suitable support. The suspended catalyst is then separated from the reaction mixture, and in the second step chinol derivative is oxidized in a stream of air. For this step no catalyst is required. The resulting chinone derivative is used in the first step again. The hydrogen peroxide which is formed during this step is then extracted from the solvents by water and concentrated to about 30 % aq. solution by distillation at reduced pressure. There are several side reactions that occur in hydrogenation step which increase the cost of hydrogen peroxide by consuming the chinone derivative. For this reason the economics of hydrogenation is critical for this process. It is necessary to maintain such reaction conditions under which the rates of side reactions are kept at minimum since the cost of the antrachinone derivative and solvents is about 100 times more than that of the produced peroxide. Objective: There is a possibility to synthesize hydrogen peroxide directly from the elements. The reaction where gaseous hydrogen reacts with gaseous oxygen yielding hydrogen peroxide is highly exothermic. The reaction is catalyzed by a noble metal preferably Pd. One of the problems associated with this method is the very slow reaction rate of the formation. Also the catalyst is fairly active in decomposing the hydrogen peroxide. There have been a lot of reports about the synthesis of hydrogen peroxide with suspended catalysts. The idea of this project is to develop a two step integrated process where in the first step diluted solution of hydrogen peroxide is produced on the TCM. In the second step the diluted hydrogen peroxide solution is used for some selective oxidations e.g. propene epoxidation or benzene hydroxylation.

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