Um die Spitzenforschung zu stärken, fördert die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bundesweit elf neue Sonderforschungsbereiche an verschiedenen Hochschulen. Prof. Dr. Alexandra von Kameke aus dem Department Maschinenbau und Produktion ist mit zwei Projekten am Forschungsvorhaben „SMARTe Reaktoren für die Verfahrenstechnik der Zukunft“ beteiligt, das von der Technischen Universität Hamburg (TUHH) geleitet wird. Zahlreiche Wissenschaftler*innen unterschiedlicher Hochschulen in und um Hamburg arbeiten im Projekt intensiv zusammen, um sogenannte smarte Reaktoren auf den Weg zu bringen. Die einzelnen Projekte sind eng miteinander verzahnt, ergänzen sich, bringen sich gegenseitig voran. Die enge Zusammenarbeit der beteiligten Wissenschaftler*innen ist deshalb enorm wichtig.
„Grünere“ Verfahren durch smarte Reaktoren
Um den Klimawandel nicht weiter zu verschärfen und widerstandsfähigere Lieferketten zu schaffen, müssen wir von fossilen auf nachwachsende Rohstoffe umsteigen. Diese Rohstoffe sind allerdings nicht das ganze Jahr über in gleicher Menge verfügbar und auch ihre Qualität schwankt. Beispielsweise fällt bei der Produktion von Biodiesel aus Pflanzenölen als Seitenprodukt Glyzerin in variierender Qualität an. Während das Glyzerin selbst nicht sehr wertvoll ist, kann es mittels chemischer oder biologischer Verfahren in höherwertige Chemikalien weiterverarbeitet werden. Um das besonders effizient und wenig fehleranfällig zu machen, werden im neuen Sonderforschungsbereich neuartige Reaktoren entwickelt. Das Ziel: Die Reaktoren sollen selbstanpassend reagieren, um die schwankenden Eigenschaften von Rohstoffen zu regulieren und die Prozesse widerstandsfähiger zu machen. Außerdem sollen sie weniger Abfallprodukte, also auch Schadstoffe generieren und am optimalen Leistungspunkt arbeiten.
Alternative Verfahren
„Parameter wie Druck, Temperatur, Konzentration und die Strömung von Gemischen im Inneren der Reaktoren sollen kontinuierlich mit Sensoren oder direkt von smarten, autonom agierenden Materialien überwacht und unmittelbar korrigiert werden“, so die studierte Physikerin und Prodekanin für Forschung an der Fakultät Technik und Informatik, Prof. von Kameke.
„Wir haben uns außerdem gefragt: Wie können wir dafür sorgen, dass die Reaktoren vielseitiger einsatzbar sind? Müssen sie immer in großen Fabriken stehen oder können wir dezentral und auf lokal spezifische Nachfrage produzieren? Was können wir tun, damit bei den Prozessen weniger Abfallprodukte und Schadstoffe entstehen?“, erklärt die Wissenschaftlerin die Fragestellung.
Gerade im Chemiesektor hätte sich in den vergangenen Jahrzehnten nicht viel Grundsätzliches verändert: Die Prozesse verbrauchten oft sehr viele fossile Rohstoffe, erzeugten teilweise giftige Schadstoffe als Nebenprodukte und seien energieintensiv. „Wenn man den Prozess nur ein kleines bisschen verbessert, etwas selektiver macht, so dass man mehr von dem gewünschten Produkt und weniger von dem unerwünschten erhält, hat man schon viel gewonnen“, sagt sie. Von den Prozessen auf Basis nicht-nachwachsender Rohstoffen müsse man langfristig wegkommen und auf umweltfreundlichere Methoden umsteigen.
Beispielsweise lässt sich aus dem oben erwähnten Glyzerin der wertvollere Stoff 1,3-Propandiol gewinnen, der in Körperpflegeprodukten oder Malerfarben vorkommt und auch eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Teppichfasern spielt. Neuerdings kann man 1,3-Propandiol auch biologisch mit Hilfe von Bakterien herstellen, die den Stoff ausscheiden. Oder über Enzymreaktionen aus Glyzerin.
