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Aufbau einer Moduldatenbank fuer Membrantrennverfahren

Membrantrennverfahren gewinnen in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zunehmend an technischer Bedeutung. Vielfach scheitert aber ein Einsatz dieser Verfahren an einem Mangel an Informationen ueber ihre Leistungsfaehigkeit unter ingenieurmaessigen Gesichtspunkten. Mit dem Ziel, einen allgemeinen Ueberblick ueber die weltweit verfuegbaren Module fuer verschiedene Membrantrennverfahren zu geben und deren Leistungsfaehigkeit bei der Filtration verschiedener praxisrelevanter Stoffsysteme zu beschreiben, wurde im Arbeitsbereich Apparatebau an der TU Hamburg-Harburg eine Datenbank mit dem Namen 'Module Data Base' aufgebaut. Der Inhalt dieser Datenbank geht ueber die in den Broschueren der Hersteller genannten Informationen weit hinaus. Den im Membrantrennanlagenbau taetigen Ingenieuren und Fachleuten wird somit ein Werkzeug an die Hand gegeben, um aus dem Gesamtspektrum der weltweit verfuegbaren Module diejenigen auszuwaehlen, die fuer den speziellen Anwendungsfall als geeignet erscheinen. Die Datenbank enthaelt zur Zeit ueber 2800 Datensaetze, die durch regelmaessigen Kontakt zu den Herstellern und durch die Auswertung neuer Literaturquellen staendig aktualisiert werden. Zur Qualitaetssicherung werden neu eingetragene Datensaetze dem jeweiligen Hersteller zur Ueberpruefung vorgelegt.

Detektion, Quantifizierung und Entfernung von Per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) in Grundwasser

Demonstration eines integrierten Membranverfahrens zur ressourcenschonenden Aufbereitung von Sole aus dem Lithiumbergbau in Bolivien und Chile

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

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.

Entfernung von gelöstem Sauerstoff aus Aminlösungen für die CO2-Abtrennung

MeDORA zielt entsprechend der Vorrangigen Forschungsrichtungen von Mission Innovation auf die beschleunigte Umsetzung umweltfreundlicher Prozesse zur CO2-Abscheidung ab und setzt die im 7. Energieforschungsprogramm 'Innovationen für die Energiewende' des Bundes in Abschnitt 3.15 'Technologien für die CO2-Kreislaufwirtschaft' genannte Zielsetzung der Weiterentwicklung von Komponenten und Werkstoffen für die CO2-Abtrennung konsequent um. In MeDORA soll mittels eines innovativen Membranverfahrens der in Amin-Waschmitteln von CO2-Abtrennungsanlagen gelöste Sauerstoff entfernt werden, um die oxidative Waschmittelzersetzung um 50% zu reduzieren und darüber hinaus den O2-Gehalt im abgetrennten CO2 auf kleiner als 10 ppmv zu begrenzen. Die angestrebte Erhöhung der Waschmittellebensdauer lässt eine Senkung der Betriebskosten für das Waschmittelmanagement um bis zu 70 % erwarten und kann damit die Umweltauswirkungen einer Abscheidungsanlage durch geringe Abfallmengen beim Waschmittelmanagement (Reclaiming) und reduzierte Emissionen (insbesondere des flüchtigen Zersetzungsprodukts NH3) deutlich senken. Die höhere Reinheit des CO2-Produkts erlaubt es die strengen Spezifikationen geologischer Speicherprojekte (z.B. Northern Lights in Norwegen) ohne aufwändige Nachbehandlung zu erfüllen und senkt entsprechend auch die Kosten für CCU-Anwendungen, bei denen O2-Spuren Katalysatoren schädigen. MeDORA, mit 6 Partnern aus 3 europäischen Ländern, wird von einem starken industriebasierten Konsortium geleitet, das die gesamte Wertschöpfungskette abdeckt. Die Langzeittests von MeDORA (TRL 7-8) in Niederaußem, hier erstmalig auch mit innovativen asymmetrischen Membranen, und bei HVC in den Niederlanden stellen die industrielle Anwendbarkeit sicher und werden begleitet von technisch-wirtschaftlichen Analysen, LCA, Vergleich mit anderen Techniken zur O2-Reduzierung im Waschmittel und im Produkt-CO2, werkstoffwissenschaftlichen Untersuchungen sowie der Entwicklung eines Verwertungsplanes.

Kurzstudie über den Einsatz von Membranbelebungsverfahren zur Abwasserreinigung auf Hütten im alpinen Bereich am Beispiel der Mannheimer Hütte und der Oberzalimhütte der Sektion Mannheim des DAV

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Während des 3. Internationalen Fachseminars Umweltgerechte Ver- und Entsorgungskonzepte für Berg- und Schutzhütten der Deutschen Bundesstiftung Umwelt am 28.02./01.03.2003 in Benediktbeuern wurde unter anderem die Reststoffproblematik bei der Abwasserreinigung diskutiert. Im Zuge dieser Gespräche wurde die Reinigung von Abwasser mittels membranbiologischer Verfahren aufgegriffen und kontrovers diskutiert. Ein Ergebnis dieser Diskussion war der Wunsch, eine Kurzstudie zum Einsatz der Membranbelebungsverfahren in der Abwasserreinigung im Gebirge anhand eines Projektbeispiels zu erstellen. Die Kurzstudie Einsatz von Membranbelebungsverfahren zur Abwasserreinigung auf Hütten im alpinen Bereich wurde im Jahr 2003 bewilligt, anhand von zwei konkreten Abwasseranlagen im alpinen Raum Membranbelebungsanlagen zu dimensionieren sowie Vor- und Nachteile und Randbedingungen zu nennen. Im Rahmen der zur Studie notwendigen Herstellerrecherche wurde deutlich, dass für diese Anlagen zum damaligen Zeitpunkt noch keine verwertbaren Erfahrungsberichte vorlagen. Die genannten Ziele der Studie konnten somit nicht befriedigend erreicht werden. Weiterhin sollten nach Diskussion mit der DBU Erfahrungen aus dem Bau der Membranbelebungsanlage der Olpererhütte mit in diese Studie einfließen. Aus diesem Grund wurde die Fertigstellung der Kurzstudie verschoben und die Studie inhaltlich erweitert. Zusätzlich wurden in den letzten Jahren vor allem in Tallagen sehr viele Erfahrungen auf dem Gebiet der Membranbelebungsanlagen gesammelt. Die Betriebserfahrungen sollen einen Überblick über den Einsatz dieser Anlagen im alpinen Bereich geben. Die bereits im vorgehenden Antrag durchgeführten Leistungen flossen in die Folgestudie ein. Fazit: Die Erfahrungen aus der Installation einer Membranbelebungsanlage auf der Olpererhütte haben unter anderem gezeigt, dass -die Anlage in das Energiekonzept eingepasst werden muss -auf eingesetzte Materialien geachtet werden muss -ein geordneter Überlauf vorhanden sein muss (Notfall) -die Probenahmestellen an der Anlage gut zugänglich und sinnvoll angeordnet sein müssen -alle Mess-und Schalteinrichtungen gut zugänglich sein müssen und -ein Entleeren der Becken (z.B. für Wartungszwecke) möglich sein muss. -die gewählten Baumaterialien auch unter den feuchten Bedingungen im Gebirge lange beständig sein müssen -die im DAV bereits seit vielen Jahren angesammelte Erfahrung mit der Abwasserreinigung im Gebirge mit einzubringen. Die nächsten Jahre werden zeigen, wie sich Membranbelebungsanlagen im Betrieb bewähren. Generell wird davon ausgegangen, dass Membranbelebungsanlagen auf Hütten im alpinen Bereich sinnvoll eingesetzt werden können. Gerade bei oft geringem Platzangebot und/oder hoher Anforderungen an die hygienische Ablaufqualität wird die Membranbelebungsanlage eine sinnvolle Lösung zur Abwasserreinigung sein, wenn ausreichend Energie zur Verfügung steht. (Text gekürzt)

Produktion von Ethylacetat aus Molkerückständen mit Kluyveromyces marxianus und Produktgewinnung mittels Membranverfahren

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