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s/mebranverfahren/Membranverfahren/gi

Aufreinigung von Biogas mittels hochselektiver, keramischer Membranen, Teilvorhaben 2: Gastrennung unter Einsatzbedingungen

Ziel des Projektansatzes ZeoClean ist die Entwicklung und Erprobung nanoporöser Materialien als Membranmaterial für die Aufbereitung und Bereitstellung von Biomethan. Der große Vorteil bei Verwendung einer Membran im Vergleich zur Adsorption, zum Strippen oder zur kryogenen Trennung ist einerseits die hohe erzielbare Flussleistung, andererseits auch die chemische und mechanische Stabilität. Hierbei grenzen sich die anorganischen, keramischen Membranen deutlich von den Polymermembranen ab. Adressiert wird im Rahmen dieses Forschungsantrages die Entwicklung anorganischer, keramischer Membranen für Volumina im Bereich bis zu 1.000 m³/h. ZeoClean richtet sich auf die Trennaufgabe von CO2 und CH4 mittels Membrantechnologie aus und verfolgt einerseits die Membranentwicklung mit einer CO2/CH4 Selektivität von mehr als 50 und einer CO2-Permenaz von mindestens 1 m³/(m²hbar) und andererseits die Umsetzbarkeit anhand eines experimentellen Nachweises in realem Biogas. Im Rahmen von ZeoClean soll eine neue und hoch selektive Zeolithmembran entwickelt werden, die nahezu undurchlässig für CH4, sehr hohe CO2-Flüsse aufweist und überaus robust gegen Störstoffe ist. Am meisten interessieren die Zeolithe CHA und DD3R. Für das Erreichen dieser Ziele ist das Vorhaben in zwei Projektphasen gegliedert. Die erste Projektphase 'Materialentwicklung und Funktionsnachweis' adressiert die Entwicklung dieser Membranen. In Abhängigkeit der Entwicklungsergebnisse wird eine zweite Projektphase 'Prototypenentwicklung und Technologie' angestrebt, wo es vordergründig um Skalierung und Pilotierung der Membransynthese, aber auch der Technologieentwicklung im Ganzen gehen soll. Der Fokus de DBI (TV 2) liegt die Testung der am Fraunhofer IKTS entwickelten Membran. Dies beginnt im Labor, wird aber primär an einer Biogas- bzw. Klärgasanlage im Projekt erfolgen. Damit wird gewährleitet, dass die Membran auch bezüglich Stabilität und Trennverhalten im realen Anwendungsfall getestet und bewertet wird.

Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Entwicklung und Vergleich von Membranverfahren zur Leistungssteigerung der kommunalen Abwasserreinigung durch die Kombination von Belebungsbiologie und Mikrofiltration sowie Bau und Optmierung einer technischen Versuchsanlage

WIR! - rECOmine - TERZINN II, TP4: Entwicklung und Fertigung von Anlagen zur Wasserbehandlung für Fällungs-/Sorptionsverfahren und elektrochemische Membranverfahren

Entwicklung robuster AEM-Membranen für effiziente Meerwasserentsalzung und Alkalielektrolyse, Teilprojekt B

Membranverfahren zur Abtrennung von Kohlendioxid und Wasserstoff aus Industriegasen, Teilvorhaben: Keramische Membranen für die Gastrennung

In MemKoWI ist geplant, Membranverfahren für die Abtrennung von CO2 und H2 in Industrien zu untersuchen, in denen sie bisher nicht etabliert sind. Das Potenzial, dass sie sich hier als skalierbare und durch die Möglichkeiten verschiedene keramische und polymere Membranmaterialien zu innovativen Kombinationen Lösungen zu verschalten, flexible und anpassbare Technologie, erweist ist sehr groß. Allerdings ist ebenfalls mit erheblichen Risiken zu rechnen. Im Vergleich zu den bisher untersuchten Einsätzen von Membranverfahren zur CO2-Abtrennung aus Kohlekraftwerksrauchgasen, zeichnen sich die in MemKoWI adressierten Gase durch andere Zusammensetzungen aus. Somit kann die Einsetzbarkeit der Verfahren zwar durch Berechnungen abgeschätzt, deren stabiler Einsatz aber nur im Versuch im Betriebsumfeld nachgewiesen werden. Potenzielle Anwender können so von den Vorteilen der Membranverfahren überzeugt werden. In MemKoWI ist der Einsatz von drei Testanlagen geplant. Eine der Anlagen ist bereits vorhanden und soll modifiziert werden, während die beiden anderen Anlagen neu zu bauen sind. Die hiermit verbundenen Kosten sind weder aus der Grundfinanzierung der beteiligten Forschungsinstitutionen noch aus den F&E-Budgets der beteiligten Unternehmen zu finanzieren. Weiterhin stellt die Einbindung der Anlagen in Industriestandorte einen erheblichen, anderweitig nicht finanzierbaren Aufwand dar. Die für die Membranherstellung verwendeten Rohmaterialien müssen in hinreichender Menge beschafft, verarbeitet und in Membranmodule verbaut werden. Auch die Ausgaben hierfür übersteigen die F&E-Budgets. Das für die Durchführung der geplanten Arbeiten notwendige Personal kann nur zum Teil aus der Grundfinanzierung gestellt werden. Projektpersonal muss, gerade auch im Hinblick auf die Erstellung wissenschaftlicher Arbeiten, eingestellt werden und der Personalaufwand für die Betreuung der Testanlagen abgedeckt werden.

Aufreinigung von Biogas mittels hochselektiver, keramischer Membranen, Teilvorhaben 3: Ökonomische und ökologische Evaluierung

Ziel des Projektansatzes ZeoClean ist die Entwicklung und Erprobung nanoporöser Materialien als Membranmaterial für die Aufbereitung und Bereitstellung von Biomethan. Der große Vorteil bei Ver-wendung einer Membran im Vergleich zur Adsorption, zum Strippen oder bspw. zur kryogenen Trennung ist einerseits die hohe erzielbare Flussleistung, andererseits auch die chemische und mechanische Stabilität. Hierbei grenzen sich die anorganischen, keramischen Membranen deutlich von den Polymermembranen ab, die darüber hinaus auch anfällig für Verunreinigungen sein können. Adressiert wird im Rahmen dieses Forschungsantrages die Entwicklung anorganischer, keramischer Membranen für Volumina im Bereich bis zu 1.000 m³/h. Dadurch sind die Membrankosten bezogen auf die Gesamtkosten der Gasaufbereitung als gering zu bewerten. Insbesondere bei Biogas- und Klärgasanlagen liegen die Volumenströme im Bereich von 200 - 500 m³/h. Das Produkt ist ein Gemisch bestehend aus CO2 und CH4, welches vor der Einspeisung ins Erdgasnetz aufgereinigt werden muss. Die in diesem Zusammenhang bereits gestellte Antragsskizze 'FlexMethan' (FKZ: 220NR154A) wurde substanziell überarbeitet und der Projektfokus erheblich geschärft. ZeoClean richtet sich auf die Trennaufgabe von CO2 und CH4 mittels Membrantechnologie aus und verfolgt einerseits die Membranentwicklung mit einer CO2/CH4 Selektivität von mehr als 50 und einer CO2-Permenaz von mindestens 1 m³/(m²hbar) und andererseits die Umsetzbarkeit anhand eines experimentellen Nachweises in realem Biogas.

Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung, Teilvorhaben 1: Up- und Downstream processing

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Veredelung von Melasse durch gepaarte Elektrolyse und elektrodialytische Aufarbeitung, Teilvorhaben 2: Elektrosynthese

Das Vorhaben hat zum Ziel Melasse als Rohstoff für die elektrochemische Umsetzung zu Folgeprodukten zu verwenden. Bisher wird Melasse vor allem als Futtermittel oder als Kohlenstoffquelle für Fermentationen verwendet. Sie zeichnet sich durch einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aus. Diese sollen durch anodische Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren bzw. durch gepaarte Elektrolyse zu Polyolen umgesetzt werden, wobei katalytisch aktive Nickelhydroxidelektroden als innovativer Ansatz zur Anwendung kommen sollen. Dabei kommt es zunächst zu einer Spaltung der Kohlenhydrate und Oxidation zu Hydroxycarbonsäuren, welche anschließend kathodisch hydriert werden (Domino-Oxidationsreduktions-Sequenz, DoORs). Neben den im Mittelpunkt stehenden elektrochemischen Umsetzungen sind Untersuchungen zur Zusammensetzung der Melasse sowie zu den möglichen Reaktionsprodukten notwendig. Dazu werden einerseits Kopplungsmethoden wie LC- und GC-MS eingesetzt sowie direkt an die MS gekoppelte elektrochemische Durchflusszellen (EC-MS). Störende Komponenten, die entweder die elektrochemische Umsetzung verhindern oder zu störenden Nebenprodukten führen, sollen durch eine Vorbehandlung der Melasse abgetrennt werden. Hier kommen Membranverfahren wie Nanofiltration oder Elektrodialyse zum Einsatz. Für die Optimierung der Versuchs- und Prozessbedingungen werden notwendige kinetische Parameter bestimmt und auf Basis einfacher formalkinetischer Modelle die Reaktionen beschrieben. Daneben kommen statistische Methoden der Versuchsplanung zum Einsatz, um die komplexen Zusammenhänge im Hinblick auf Selektivität, Ausbeute und Energieverbrauch zu optimieren. In einem abschließenden Arbeitspaket soll in einem Durchflussreaktor unter GMP-Bedingungen Material im kg-Maßstab für Anwendungsuntersuchungen gewonnen werden.

Errichtung einer Produktionsanlage zur umweltschonenden Herstellung cholesterinarmer Eiprodukte

Die Easy Health Lebensmitteltechnologie AG wird in Hagenow/Mecklenburg-Vorpommern eine Produktionsanlage zur umweltschonenden Herstellung cholesterinarmer Eiprodukte errichten. Zu diesem Zweck hat das Unternehmen ein Verfahren zur weitgehenden Substitution der cholesterinhaltigen, gesättigten Fette durch verwandte, ungesättigte Pflanzenöle entwickelt. Der Vorgang erfolgt in einem rein physikalischen, rückstandsfreien Prozess unter Vermeidung jeglichen Chemikalieneinsatzes. Möglich wird dies durch den Einsatz besonderer Filterpressen. Diese Filterpressen bestehen aus Kammerfilterplatten mit formstabilen Filtermembranen und gewährleisten die Bildung eines homogenen Filterkuchens, wodurch die gleichmäßige Auswaschung des Eigelbpulvers durch Verdrängung bei nur geringem Pflanzenöleinsatz und niedrigem Energieverbrauch ermöglicht wird. Bei dem Easy Health Verfahren entstehen keine Abwässer, Abfälle oder anderweitige Emissionen. Belästigungen durch Geruch oder Lärm sind nicht relevant. Als einziges Nebenprodukt aus dem Verfahren fällt ein Gemisch aus Ei- und Pflanzenöl an, das problemlos verwertet werden kann. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren (Zentrifugieren) beträgt die Einsparung an Strom bei Einsatz der neuartigen Filterpressen rund 83 Prozent.1.830 t CO2 pro Jahr werden hierdurch eingespart. Darüber hinaus kann die benötigte Waschmittelmenge um bis zu 80 Prozent gegenüber anderen Filterpressen verringert werden. Die Reduzierung der Umweltbelastungen führt zu beträchtlichen Kosteneinsparungen. Daher ist davon auszugehen, dass auch andere Branchen, in denen Extraktionsprozesse anfallen, (z.B. Nahrungs-, chemische und Pharmaindustrie) den Einsatz dieses Verfahrens prüfen werden.

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