Prozesse für Wirkstoffe und alternative Rohstoffe

Förderung: Mittel des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und des Landes Niedersachsen
Projektträger: NBank
Förderkennzeichen: ZW 3-87076952
Laufzeit: 01.06.2026 – 31.05.2029

Der jährliche Bedarf an Polyethylenterephthalat (PET) beträgt derzeit etwa 80 Mio. Tonnen und wird vor allem für die Herstellung von Textilien, Verpackungen und Getränkeflaschen benötigt. Die Polymerisation von PET aus den Monomeren Ethylenglykol und Terephthalsäure erfolgt in den etablierten, konventionellen Herstellungsverfahren überwiegend auf Basis fossiler Rohstoffquellen. Alternative Verfahrensansätze beruhen hingegen auf der Nutzung nachwachsender Rohstoffquellen oder ermöglichen die Verwendung rezyklierter Monomere.

Am Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik (ICTV) der TU Braunschweig wurde in langjähriger Zusammenarbeit mit der Firma matterr GmbH erfolgreich ein Recyclingverfahren entwickelt, das die Depolymerisation von PET und damit die Gewinnung rezyklierter Monomeren ermöglicht. Neben den Hauptprodukten Ethylenglykol und Terephthalsäure fallen zusätzliche Prozessströme an, die weiter verwertet werden können.

Um die Ressourceneffizienz des Recyclingverfahrens noch weiter zu verbessern, spielen für eine möglichst geschlossene Kreislaufführung nicht nur die zurückgewonnenen Monomere, sondern - insbesondere im Hinblick auf den Gesamtprozess - auch die anfallenden Nebenprodukte eine wesentliche Rolle. Im Forschungsprojekt ReNaTe werden daher gezielt Verfahrensrouten zur Gewinnung und Aufreinigung des im Prozess anfallenden Natriumsulfats untersucht. Ziel ist es, Natriumsulfat als marktfähige Wertkomponente zurückzugewinnen und damit die Ressourceneffizienz des Gesamtprozesses zu erhöhen. Im Fokus des Projektes stehen dabei vor allem die Kristallisation des Natriumsulfats aus der bei der Gewinnung rezyklierter Terephthalsäure resultierenden Mutterlauge sowie der Einfluss der im Gemisch vorhandenen Nebenkomponenten auf die Produktqualität.

Ansprechpersonen: Mandy Paschetag, Sven Gutperl

Die Adsorption und die darauf basierende Chromatographie eignen sich besonders gut als Trenn- oder Reinigungsverfahren, wenn der Wertstoff oder die Verunreinigung in einem komplexen Gemisch oder in geringen Konzentrationen vorliegt. Darüber hinaus ist die Verarbeitung von temperaturempfindlichen Produkten wie Naturprodukten vorteilhaft, da die Adsorption bevorzugt bei niedrigen Prozesstemperaturen erfolgt. In der Industrie gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, die von der Abwasserbehandlung bis zur biotechnologischen Herstellung von Arzneimitteln reichen. In jüngster Zeit ist vor allem der Einsatz in der Flüssigphase von zunehmendem Interesse, z. B. bei der Reinigung von Zuckern aus Lignocelluloseströmen oder bei der reaktionsintegrierten Adsorption von so genannten rare sugars. Die Kenntnis von isothermen Daten ist bei all diesen Verfahren Voraussetzung, um zunächst ein geeignetes Adsorbens für die Prozessaufgabe auszuwählen und dann den Gesamtprozess richtig auszulegen. In der Flüssigphase steht die experimentelle Bestimmung von Gleichgewichtsdaten im Vordergrund und es stellt sich regelmäßig die Frage, mit welchen Methoden das jeweilige System im Hinblick auf die zu untersuchende Fragestellung idealerweise untersucht werden sollte. Die Bestimmung von Adsorptionsgleichgewichten kann mit so genannten dynamischen Methoden schnell und materialsparend durchgeführt werden.

Das Forschungsprojekt konzentrieren sich insbesondere auf die Isothermenbestimmung von Adsorbenzien, die nicht für chromatographische Anwendungen entwickelt wurden. Dies führt insbesondere bei dynamischen Experimenten in selbstgepackten Säulen zu einer vergleichsweise hohen axialen Dispersion und damit zu geringen theoretischen Trennleistungen. Da diese Methoden lange Zeit nur für chromatographische Systeme eingesetzt wurden, besteht weiterer Forschungsbedarf zur Eignung bei verschiedenen Stoffsystemen sowie zur Auswahl geeigneter Prozessbedingungen und den bestehenden Messunsicherheiten, bevor eine breite Anwendung dieser nützlichen Methoden zu erwarten ist.

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektträger: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)
Förderkennzeichen: ZF4307806ST8
Laufzeit: 1.7.2018 – 30.9.2020
Ansprechpartner: Conrad Meyer

Kristallisationen spielen eine wichtige Rolle in zahlreichen Industrieprozessen. Beispiele hierfür sind die Aufreinigung von Wirkstoffen (APIs) in der pharmazeutischen Industrie oder die Herstellung von Zucker in der Lebensmittelindustrie. Kristallisationen sind komplexe Vorgänge, deren Ergebnis von zahlreichen Prozessgrößen, wie z.B. Temperatur, Durchmischung oder Verunreinigungen abhängt. Um dennoch eine gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten, ist die genaue Kenntnis dieser Größen während des gesamten Prozesses notwendig. Deshalb soll in diesem Projekt ein neuartiges Sensorsystem entwickelt werden, mit dem der Kristallisationsfortschritt in-line verfolgt werden kann. Durch die Kombination verschiedener Messverfahren in einem System soll ein umfassendes Bild relevanter Prozessgrößen während dem Prozess ermöglicht werden. Hierbei soll nicht nur die kontinuierliche, sondern auch die disperse Phase berücksichtigt werden. In Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Hochschulen liegt der Fokus am Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik auf dem Testen von Sensor-Prototypen in einem Kristallisator im Labormaßstab. Ziel ist es, durch den Sensor eine optimale Prozesskontrolle zu ermöglichen.

Raman-Spektroskopie bietet die Möglichkeit eine Vielfalt an Substanzen nachzuweisen. Darauf aufbauend ist auch eine Reaktionsverfolgung möglich, einerseits durch regelmäßige Probenahmen andererseits durch eine in-/atline Messung am laufenden Prozess. Letzteres gestattet die Betrachtung der Reaktion und auch Rückschlüsse auf die Reaktionskinetik.

Im Rahmen des Projektes soll ein neues System zur Reaktionsüberwachung mit Hilfe von Raman-Spektroskopie entwickelt werden, welches die konsekutive Messung in parallel betriebenen Batchreaktoren erlaubt. Herausforderungen stellt dabei die Messung in und durch verschiedene Medien dar und ein Auftreten von Feststoffen während der Reaktion. Gleichzeitig muss eine hohe Sensitivität gewährleistet sein und eine zuverlässige Messung in einem breiten Temperaturbereich. Ein Einsatz soll sowohl als integriertes Modul in automatisierten Laborrobotern („Liquid-Handling-Systemen“) aber auch als eigenständiges Tischgerät erfolgen. Die Durchführung erfolgt Zusammenarbeit sowohl mit Kooperationspartnern der Industrie als auch des CeMOS der Hochschule Mannheim.