Umwelt- und Verfahrenstechnik

Anwendungsbereiche

Keramische Membranen für die Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung in verschiedenen Geometrien.

Keramische Membranen für die Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung in verschiedenen Geometrien.

Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung

 

Die Wasserreinhaltung insbesondere durch Abwasserreinigung ist ein zentrales Anliegen des Umweltschutzes. Hierbei konzentriert sich das Fraunhofer IKTS auf chemie- und biologiefreie Verfahren und integrierte Reaktorsysteme für die Behandlung von Ab- und Prozesswässern. Mit Hilfe von keramischen Membranen oder elektrochemischen und photokatalytischen Oxidationsverfahren lassen sich so Trinkwasser, kommunale und industrielle Prozesswässer, Bergbauwässer oder Geothermie-Tiefenwässer aufbereiten.

Einsetzen von sauerstoffselektiven Membranen in einen Sauerstoffgenerator.

Einsetzen von sauerstoffselektiven Membranen in einen Sauerstoffgenerator.

Sauerstoffgewinnung und -nutzung

 

In vielen Verbrennungs- und Oxidationsprozessen kann die Effizienz durch die Zuführung von Sauerstoff gesteigert werden. Um Sauerstoff kostengünstig zu gewinnen, entwickelt das Fraunhofer IKTS sauerstoffselektive Membranen und darauf aufbauend Sauerstoffgeneratoren. Durch den höheren Wirkungsgrad in der Verbrennung verringert sich der Verbrauch an fossilen Energieträgern und somit die CO2-Emission. Im Oxycoal- bzw. Oxyfuel-Verfahren lässt sich durch Verbrennung mit einem O2/CO2-Gemisch an Stelle von Luft ein reines CO2-Abgas erzeugen, das entweder stofflich genutzt (CCU – Carbon Capture and Use) oder durch Sequestrierung (CCS – Carbon Capture and Storage) unschädlich gemacht werden kann. Darüber hinaus arbeitet das Fraunhofer IKTS an selbstverdichtenden Verbrennungsprozessen unter Verwendung von Sauerstoffspeichern.

Keramikkatalysator für die Abgasnachbehandlung.

Keramikkatalysator für die Abgasnachbehandlung.

Abgasnachbehandlung und Gasaufbereitung

 

Viele technische Prozesse erzeugen Gasgemische, die gesundheits- und umweltschädliche Partikel (Feinstaub) und gasförmige Schadkomponenten enthalten. Für die Heißgasentstaubung und Partikelfiltration bietet das Fraunhofer IKTS offenporige, zellulare keramische Formkörper und Membranen an. Nanoporöse Membranen erlauben beispielsweise die Abtrennung von Einzelkomponenten aus Gasgemischen. Einen weiteren Schwerpunkt bilden keramische Katalysatorträger und Katalysatoren für die Abgasreinigung. Als Alternative zu Edelmetallen weisen keramische Katalysatoren eine höhere thermische Stabilität auf. Außerdem tolerieren sie übliche, für Edelmetalle kritische Katalysatorgifte, wesentlich besser.

Katalysator‐ und Reaktorprüfstände.

Katalysator‐ und Reaktorprüfstände.

Chemie und Elektrochemie

 

Stofftrennungen mit langlebigen keramischen Membranen sind energieeffizient und damit oft wirtschaftlicher als thermische Trenntechniken, Extraktions- und Adsorptionsverfahren, die in der chemischen Verfahrenstechnik häufig eingesetzt werden. Mit Membranen reduziert sich der Einsatz von Chemikalien zur Regenerierung von Adsorbenzien oder Extraktionsmitteln. In der Reaktionstechnik lassen sich mit keramischen Membranen Edukte gezielt dosieren und Produkte entfernen. Hier befasst sich das Fraunhofer IKTS mit katalytisch aktiven Membranen und kombiniert diese mit Katalysatoren im Membranreaktor bzw. Membrankontaktor.

Flüssige Kraftstoffe werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte und einfachen Speicherung kurz- und mittelfristig ihre Bedeutung für die Mobilität behalten. Das Fraunhofer IKTS zeigt Wege auf, Erdöl als Basis der Kraftstoffherstellung abzulösen und alternative kohlenstoffhaltige Rohstoffe und Verbindungen zu nutzen. Dazu gehören Katalysatorsysteme sowie verfahrenstechnische Prozesse und Anlagen für die Kraft- und Wertstoffherstellung mit Hilfe von chemischen Synthesen wie beispielsweise der Fischer-Tropsch-Synthese und unter Einbeziehung von Wasserstofftechnologien. Mit einer leistungsfähigen Modellierung und Simulation werden neue reaktionstechnische Konzepte entworfen und angeboten.

Technische Elektrochemie am Fraunhofer IKTS bedeutet, dass ausgehend von einem exzellenten Verständnis elektrochemischer Elementarprozesse und des technischen Reaktorbaus moderne Verfahren, Elektroden und Zellen für die Abwasserreinigung, Schadstoffsanierung sowie Wertstoffrückgewinnung entstehen.

Tomographiereaktor zur Bewertung von Misch- und Rührprozessen.

Tomographiereaktor zur Bewertung von Misch- und Rührprozessen.

Biotechnologische Prozesse

 

Das Fraunhofer IKTS liefert eine breite Palette an verfahrenstechnischen Lösungen für Bioenergietechnologien wie Desintegrations-, Misch- und Rührprozesse, um unter anderem auch lignocellulosehaltige Substrate für die Biogaserzeugung einsetzen zu können. Die Aufbereitung von Biogas wird mittels adsorptiven und Membranverfahren für die Methananreicherung, Biogastrocknung, Nährstoffrückgewinnung und Prozesswasseraufbereitung optimiert. Bei der Herstellung von Bioethanol setzt das Fraunhofer IKTS bei der Verzuckerung, Entwässerung oder Substrataufbereitung auf organophile Pervaporations- und Ultrafiltrationsmembranen. Viele dieser äußerst effizienten Verfahren können auch auf andere biotechnologische Gewinnungs- und Aufbereitungsprozesse übertragen werden.