Hintergrund
Die Synthese von Basischemikalien, wie Dimethylether (DME), Dimethoxymethan (DMM) und Methylformiat (MF) sind großindustrielle Prozesse, die hohe Treibhausgasemissionen durch die Verwendung fossiler Rohstoffe und die benötigten hohen Prozesswärmen verursachen. Für die nachhaltige Herstellung der Chemikalien kann alternativ klimaneutrales Methanol aus grünem Wasserstoff, der durch regenerative Energie gewonnen wird, eingesetzt werden. Der Transformationsprozess der chemischen Industrie bietet den KMUs in Sachen-Anhalt die Chance, durch regionale Produktion den zukünftigen Bedarf an Basischemikalien, sowie deren Lieferketten zu sichern. Um den Technologietransfer zu gewährleisten, sind vor allem Forschung und Entwicklung im öffentlichen Sektor essentiell.

Projektziele
Im Projekt soll eine Wertschöpfung des grünen Wasserstoffs und seiner Folgeprodukte realisiert werden, indem grünes Methanol zu DME, DMM und MF umgewandelt wird. Dazu wird erstmals eine synergetische Integration eines bereits entwickelten -Katalysators (4,8%) mit einer inerten Membran in Membranreaktoren mit ausschließlich partikulären Katalysatorschüttungen realisiert. Dadurch wird eine gezielte Reaktionslenkung und damit Selektivitätskontrolle durch eine getrennte, verteilte Dosierung von Methanol und Sauerstoff gegenüber dem konventionellen Festbettreaktor erreicht. Das Ziel des Projektes ist, Synergien zwischen kommerziellen Membranen und dem Katalysator aufzuzeigen. Wissenschaftliche Grundlage dafür sind umfassende kinetische Studien und die Entwicklung mechanistischer kinetischer Modelle, die der Evaluation des Reaktorsystems dienen. Abschließend sollen die modellbasierten Ergebnisse experimentell validiert werden.
Aus grünem Methanol werden somit drei Wertprodukte gewonnen, die Anwendung in der chemischen Industrie finden. Das Produktspektrum kann durch Temperatursteuerung und intelligente Reaktionsführung in Membranreaktoren gezielt gelenkt werden.

Arbeitsplan
Zur gezielten Steuerung der Selektivität der Reaktion(en) werden ausgewählte, kommerziell etablierte, leicht up-skalierbare Membranen hinsichtlich des Stofftransports untersucht. Anschließend wird die geeignetste Membran umfassend charakterisiert und der Stofftransport durch die Membran modelliert, um Aussagen zur Kompatibilität zwischen Kinetik des transmembranen Stofftransports und der Reaktion zu treffen. Mit der ausgewählten Membran und dem entwickelten -Katalysators werden experimentelle und modellbasierte Untersuchungen zur mechanistischen Reaktionskinetik einschließlich Deaktivierungsmechanismen durchgeführt. Basierend auf den Ergebnissen soll eine Modellierung der Membranreaktoren im Hinblick auf optimale Betriebsbedingungen und mit dem Ziel eines potentiellen up-Scalings erfolgen. Dazu werden in 1D-Membranreaktormodellen Reaktionsbedingungen in Einkanal-Membranreaktoren bewertet und optimiert. Die komplexere Betrachtung von Mehrkanalmembranreaktoren erfolgt in 2D-Simulationen via Comsol®. Abschließend erfolgt die experimentelle Validierung der ermittelten optimalen Betriebsbedingungen für Ein- und Mehrkanal-Membranreaktoren (Labormaßstab) sowie Untersuchungen zur Langzeitstabilität mit realen Feeds. Die Ergebnisse bzw. aufgezeigten Defizite und Entwicklungspotentiale liefern die Grundlage für weitere Membran- und Katalysatorentwicklungen in Folgeprojekten gemeinsam mit der Industrie zur Optimierung der Kompatibilität von transmembranen Stofftransport und Reaktionskinetik. Damit stehen detaillierte Informationen für einen Wissens- und Technologietransfer zur Verfügung, die von potentiellen industriellen Anwendern in Mitteldeutschland zur Entwicklung genutzt werden können.
Das entwickelte Know-how aus diesem Projekt steht für weitere, neue Reaktionen zur Verfügung, um auf einer erneuerbaren Rohstoffbasis grüne Basischemikalien regional in Sachsen-Anhalt zu produzieren.

Zur Erreichung des Projektziels sind folgende 4 Arbeitspakete geplant:

• AP1: Kinetik des Stofftransports in Membranen
• AP2: Kinetik und mechanistische Modellbildung der Reaktion am Katalysator
• AP3: Modellierung, Simulation & Optimierung von Membranreaktoren
• AP4: Experimentelle Validierung von Membranreaktoren für Einkanal- & Mehrkanalmembranen im Labormaßstab

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Das Projekt "multiPS: Nachhaltige Wertschöpfung von Molkerei-Nebenströmen – Innovative multienzymatische Präbiotika-Synthesen" zielt darauf ab, Molkerei-Nebenströme zur nachhaltigen Herstellung von Galactooligosacchariden (GOS) zu nutzen. Durch den Einsatz mehrerer Enzyme werden innovative Ansätze zur Verbesserung der Ausbeute und Reinheit von GOS erforscht. Diese Methoden versprechen eine effizientere Rohstoffnutzung, höhere Produktqualität und verbesserte Nachhaltigkeit in der Lebensmittelproduktion.
Unter der Leitung von Dr. Christin Fischer und Professor Dr. Christof Hamel verfolgt das Projekt zwei Hauptziele. Erstens soll die nachhaltige Nutzung von Molkerei-Nebenströmen zur Wertschöpfung beitragen, Ressourcen schonen und Abfälle minimieren, indem wertvolle Rohstoffe in nützliche Präbiotika umgewandelt werden. „Bei der Käseproduktion entstehen große Mengen Molke, die reich an wertvollen Rohstoffen wie Milchzucker und Eiweißen sind“, erklärt Professor Christof Hamel. „Unser Ziel ist es, diese Rohstoffe effizient zu nutzen und in wertvolle Präbiotika umzuwandeln.“
Zweitens wird die Qualität und Effizienz der Präbiotika-Herstellung durch die Kombination von vier verschiedenen Enzymen verbessert. Diese Kombination erhöht die Ausbeute und Reinheit von GOS. Durch die Kombination verschiedener Enzyme können wir die Nebenprodukte Laktose und Glukose in wertvolle Produkte umwandeln, die in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie eingesetzt werden können. Dies führt zu einer höheren Reinheit des GOS-Produkts und einer verbesserten Vorhersagbarkeit der Süßkraft.
Das Projekt eröffnet zahlreiche Möglichkeiten für die Lebensmittelindustrie und Verbraucher. Nach Abschluss des Projekts wird ein Entscheidungsbaum zur Verfügung stehen, der es ermöglicht, ausgehend vom Rohstoff und der gewünschten Produktreinheit, die benötigten Enzyme und Prozessparameter abzulesen. Molkereibetriebe können so ihre bisher ungenutzten Nebenströme aus der Käseherstellung einer Wertschöpfung zuführen, entweder als Zwischenprodukt weiterverkaufen oder ihr Portfolio um präbiotische Produkte erweitern. GOS sind Präbiotika, die positive Effekte auf die Darmgesundheit haben. GOS werden bevorzugt von Bifidobakterien und Laktobazillen umgesetzt. Die dadurch veränderte Darmumgebung verhindert, dass sich schädliche Keime an die Darmwand anheften können, erklärt Professor Hamel.
Detailliertere Informationen folgen in Kürze

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Gegenwärtig liegen nur wenige Studien zur Katalysatordeaktivierung in der homogenen Katalyse vor. Insbesondere bei Wechsel auf eine erneuerbare, biobasierte Rohstoffbasis mit schwankender Qualität, muss die Katalysatordeaktivierung explizit betrachtet werden. Ein detailliertes Verständnis und eine mathematische Beschreibung der Katalysatordeaktivierung ist die Basis für eine zukünftige Substitution von Rohstoffen in der chemischen Industrie und ermöglicht die zielgerichtete Entwicklung geeigneter rohstoffabhängiger Katalysatorsysteme für nachhaltige, katalysierte, chemische Prozesse. Vor diesem Hintergrund ist das Hauptziel dieses Projekts, ein tieferes Verständnis der Deaktivierungsmechanismen in der homogenen Katalyse herbeizuführen und zu eruieren, wie negativen Effekte auf katalysierte Reaktionen in kontinuierlichen Reaktionsprozessen vermieden oder gezielt modellbasiert beeinflusst werden können. Vier Deaktivierungsmechanismen werden in diesem Projekt im Detail betrachtet:
1) Langzeitdeaktivierung (Alterung),
2) Katalysatorverlust durch Leaching in kontinuierlichen Prozessen,
3) Deaktivierung durch Gas-/Fiüssig-Stofftransportlimitierung und
4) Verunreinigungen , u.a. bei Verwendung biobasierter Feeds.
Methodisch wird dies durch den Einsatz multispektroskopischer Messungen in Kombination mit chemometrischer Analyse während kinetischer und kontinuierlicher Experimente, einschließlich
Katalysatorabtrennung und -rückführung auf Prozessebene, erreicht.
Die daraus resultierenden, zeitaufgelösten, molekularen Daten von Katalysatorspezies und Reaktanten werden zur Entwicklung, Reduktion und Parametrisierung neuer mechanistischer kinetischer Modelle der Katalysatordeaktivierung genutzt. Diese Modelle dienen als Grundlage für eine modellbasierte Prozesssteuerung und -Optimierung, u.a. durch Katalysatordosierungsstrategien, zur gezielten Stabilisierung und Kontrolle der katalysierten Reaktionen, die in Langzeitversuchen in kontinuierlichen Miniplants validiert werden sollen. Das beantragte Projekt ist deshalb durch einen ganzheitlichen Ansatz zur Identifikation von Deaktivierungsmechanismen, deren Quantifizierung und modellbasierte Steuerung charakterisiert. Ein solcher Ansatz ist bisher in der homogenen Katalyse noch unterrepräsentiert und wird im vorgeschlagen Projekt, wie folgt umgesetzt:
a) Durchführung multispektroskopischer OperandoDesaktivierungsstudien inkl. Kombination komplementärer Messtechniken (FTIR, Raman, NMR, GC-MS),
b) kinetische Deaktivierungsstudien zu den 4 Deaktivierungsmechanismen im Kurzzeit-Batch- und kontinuierl ichem Langzeit-Dauerbetrieb unter Anwendung der Prozessdynamik (Perturbationen),
c) mechanistische kinetische Modeliierung der Deaktivierung zur Vorhersage von Katalysatordosierungsstrategien,
d) Validierung von Dosierungsstrategien in Langzeitversuchen in kontinuierlich betriebenen Miniplant-Kampagnen und

e) Gesamtprozesssimulation/steuerung zur Bewertung von Strategien zur Reduktion der
Katalysatordeaktivierung.

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Die Elektrifizierung ist eine der Säulen der aktuellen Defossilisierungstrategien insbesondere für den
Individualverkehr, was jedoch den Auf- und Ausbau der bestehenden Netzinfrastruktur für Strom und Wasserstoff erfordert. Luftfahrt, Schifffahrt und der Güterverkehr lassen sich nicht ohne weiteres Elektrifizieren, sodass die Branchen auf alternative und regenerative Kraftstoffe setzen. Das geplante Projekt zielt daher auf die Herstellung von grünem Methanol als klimaneutraler Roh- und Kraftstoff durch ein neuartiges Herstellungsverfahren für Methanol mittels eines Mikrowellenplasmas und der Nutzung von Biogas. Das so gewonnen Methanol kann direkt als Kraftstoff, in Brennstoffzellen oder zu Kerosin weiterverarbeitet, eingesetzt werden. Durch die geplante Direktsynthese mittels Mikrowellenplasma soll der energieintensive Zwischenschritt der Synthesegasgewinnung aus
fossilem Erdgas und den damit verbundenen C02-Emmissionen eliminiert und Energie-/Betriebskosten signifikant reduziert werden Ziel des Projekts ist deshalb die Entwicklung und Testung eines geeigneten Mikrowellenplasmareaktors und Demonstration der Direktsynthese von Methanol im labormaßstab.

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Im Projekt soll die Synthese der Hydrochlorierung von Glycerin zu Dichlorhydrin experimentell und modellbasiert untersucht werden, um neue, effizientere Reaktoren zu entwickeln und den Gesamtprozess optimieren zu können. Hierfür soll zunächst eine mechanistische kinetische Modellbildung basierend auf Katalysezyklen inkl. Modellreduktion, u.a. unter Nutzung operandospektroskopischer Methoden (GC-MS, NMR, FTIR-/Raman-Spektroskopie), durchgeführt werden. Der Einfluss des Stofftransports im voligenden Mehrphasensystem bzw. dessen Berücksichtigung in der Modellierung unter Berücksichtigung realer Feeds inkl. Verunreinigungen stehen im Fokus. Neben der Kinetik erfolgt die Ermittlung thermodynamischer Daten wie Gaslöslichkeiten, Reaktionsgleichgewichte und -konstanten, Reaktionsenthalpien und Stofftransportkoeffizienten unter Nutzung von Gruppenbeitragsmethoden und Messungen im Reaktionskalorimeter RC1e.

Die kinetischen und thermodynamischen Modelle, inkl. Parameter, sollen anschließend der
simulationsbasierten Auslegung neuer Reaktorkonzepte, inkl. Stofftransportmodell und unter expliziter Berücksichtigung der Wärme-/Impulsbilanzen, den Simulationsumbegungen mittels Matlab® und Comsol® zugeführt werden.

Eine experimentelle Validierung des präferierten Reaktorkonzepts unter Verwendung von Dosierstrategien sowie Berücksichtigung von Umlauf- und Rückführströmen ist vorzunehmen. Das Projekt wird durch eine Gesamtprozessmodellierung, inkl. Rohstoffvorbereitung, Feedkonditionierung, Reaktor, nachgeschaltete Trennoperationen und Rückführströme, mittels Flow-Sheet-Simulation in AspenPlus abgeschlossen.

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Beschaffung eines "Modularen Reaktorsystems für die heterogene Katalyse" zur Untersuchung industrieller, skalierbarer Katalysatoren als Basis zur Entwicklung innovativer Prozesse bei Rohstoff-/Strukturwandel in der Chemischen Industrie mit Fokus "Grüne Chemie/Wasserstoff'. Basis: BerufungsangeboUAbsprache mit dem LSA für EFRE 2023.
Das beantragte Gerät stellt die Basis einer Neuausrichtung des Lehrstuhls Chemische Verfahrenstechnik mit den Forschungsschwerpunkten: Chemische Produktionstechnologien ressourcen-, C02- und energieeffizienter zu gestalten und ungenutzte Roh-/Reststoffe, Nebenprodukte und nachhaltige biobasierte Feeds sowie H2 einer Wertschöpfung zuzuführen. Die Beschaffung gestattet die Entwicklung industrieller Katalysatoren vom Einzelpartikel über den Reaktorscale-up bis zum innovativen Prozess in der regionalen Chemieindustrie (Cl) Sachsen-Anhalts (SA).

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The depolymerization of polymers by (bio)chemical methods fundamentally aims at the desired recovery processes that have repeatedly demonstrated their efficiency through high selectivity even under explicitly mild reaction conditions. Thus, the depolymerization of single-grade plastic waste with functional backbones, precisely PET and PEF, for subsequent re-synthesis will be studied together by the PIs Hamel, von Langermann und Thiele by combining enzymatic and chemical degradation routes with focus on the integrated separation and (re-) recovery of the degradation products. Novel chemo-enzymatic depolymerization routes of PET and PEF by tailor-made enzymes (PETase, cutinase, etc.) and combining kinetics and separation processes (membranes, adsorption) should be investigated.

For a preselected enzyme/solvent system from Jan von Langermann kinetic experiments will be performed with BHET and PET (Trimer) as feeds providing a profound knowledge about the reaction network which should be used for the kinetic analysis and modelling. Operando spectroscopy is applied for mixture analysis. The methods and kinetic models derived for PET will then be applied to PEV to prove their applicability. The data for PEF will be provided by Julian Thiele. The kinetic models derived for free enzymes allow to study and to suggest new reactor concepts using immobilized enzymes to improve sustainability in the group of Jan von Langermann.

Besides the depolymerization kinetics suitable separation processes and its combination should be evaluated in order to separate resulting degradation products (PET, PEV, BHET, MHET, Terephthalic acid, etc.). Therefore, feasibility, application and limits, e.g., of membrane, adsorption and SMB separation technology, will be studied.

The PIs and scientists financed by the project bring all necessary experimental/numerical methods and experience needed for a successful investigation. Based on the existing experience in each group, a first demonstration of the design procedure integrating all mentioned aspects should be presented.

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Durchführung von experimentellen und modellbasierten kinetischen Studien zur heterogen katalysierten Umsetzung von biobasiertem Glycerin mit CO₂ zu Glycerincarbonat. Stoffliche Fixierung von CO₂. Potentialbewertung und Machbarkeitsstudien.

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This project aims to support the continuation of a success cooperation between the Chair for Chemical Process Engineering at OvGU (Prof. Christof Hamel) with Dr.-Ing. Leo Alvarado Perea who works at the Universidad Autónoma de Zacatecas and at the OvGU from Magdeburg Germany.

During the time of the doctorate studies and more recently, Mr. Alvarado Perea studied a promising process to produce directly propene from ethene (2010-2021). Since then, we have had a close cooperation by working in this topic. New and novel processes for producing valuable chemical products are subject of study and still being new cooperation opportunities. One of the questions that have motivated these new cooperation options is the catalyst deactivation that has been reported in our previous contributions during the propene production.Thus, we present this proposal for continuing our successful cooperation by studying two new promising reactions for producing valuable products, building blocks and platform chemicals.

a) The coupled oxidative and thermal dehydrogenation of propane using VOx-Al₂O₃ based catalysts, taking into account catalyst deactivation by coking and periodically regeneration, as bridging technology in chemical industry.
b) The selective oxidation of bio-based methanol to methylformate (MF), dimethylether (DME) and dimethoxymethane (DMM) as potential green platform chemicals using VOx/TiO₂ catalytic systems.

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Konzeptentwicklung und Koordination "Laborgestaltung - neue Anforderungen" - Detail-/ Ausführungsplanung sowie Überführung von Know-how und Kompetenz zum Betrieb von lebensmitteltechnologischen bzw. verfahrenstechnischen Anlagen/Verfahren im Pilotmasstab

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Experimentelle Untersuchung und Syntheseoptimierung zur Selektivitätssteuerung der Pyrazolreaktion mittels dynamischer Versuchsführung in Kopplung mit Dosierkonzepten. Reduktion der Nebenproduktbildung in komplexen Reaktionsnetzwerken. Minimierung von sequentiellen Aufbereitungsverfahren.

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Experimentelle Untersuchung der fermentativen Umsetzung verschiedener biogener Reststoffe im Bereich der Weizenstärkeverarbeitung zu Methan mit dem Ziel der Erdgasreduktion und Erhöhung der Prozesseffizienz. Analyse und Bewertung der Gaszusammensetzung und Nebenprodukte.

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Durchführung und Optimierung von Synthesen der gleichgewichtslimitierten Pyrazolreaktion mit dem Ziel der signifikaten Reduktion von Reaktions- und Aufarbeitungszeiten. Durchführung thermodynamischer Berechnungen zur Gleichgewichtslage. Kinetische Modellbildung als Basis der Prozessoptimierung.

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Im Projekt soll der Schwerpunkt und die Profilbildung der Lebensmitteltechnologie an der Hochschule Anhalt weiter durch Etablierung einer Forschungsnachwuchsgruppe ausgebaut und der wissenschaftliche Nachwuchs durch Mentoring und Promotion gefördert werden. In Kooperation mit den Industriepartnern Milchwerke "Mittelelbe" GmbH, der BIA Separations GmbH, dem Fraunhofer IKTS sowie der Universität Magdeburg, an der ein kooperatives Promotionsverfahren durchgeführt wird, soll ein Verfahren zur Synthese von Präbiotika am Beispiel der Galactooligosaccharide (GOS) mittels experimenteller und modellbasierter Forschungsarbeit durch Wissens- und Technologietransfer der Partner für den preisgünstigen Rohstoff Molkenpermeat entwickelt, realisiert und optimiert werden.

Für Molkenpermeat existiert gegenwärtig keine nachhaltige Wertschöpfung. Demgegenüber besteht eine Marktnachfrage nach lactose- und glucosefreien Präbiotika für eine gesunde Ernährung. Aufgrund weniger Kooperationen bzw. Wissens-/ Technologietransfer zwischen angewandter Forschung und Industrie sowie fehlender Fokussierung auf diese Thematik in einer Forschergruppe, konnte bisher noch kein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung lactose- und glucosefreier Präbiotika realisiert und etabliert werden. Hier setzt das Projekt konkret an.

Das Ziel des beantragten Projekts ist die experimentelle und modellbasierte Untersuchung zweier Verfahrensstrategien zur Gewinnung und Aufreinigung von GOS aus Molkenpermeat inklusive Prozessintensivierung durch Kopplung von Synthese, Produktabtrennung und Recycling. Hierzu werden zwei Strategien verfolgt:

a) diskontinuierlicher, enzymatischer Prozess, Trennung des Produkts von Lactose mittels Nanofiltration inkl. Recycling
b) kontinuierlicher Porendurchflussreaktor mit immobilisierten Enzym, SMB-Trennung inkl. Recycling.

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Ausgangspunkt ist die Forderung der Partner in der Lebensmittelbranche, ein definiertes Produkt mit jederzeit konstanten Eigenschaften und konstanter Qualität herstellen zu können, obwohl die Eigenschaften und die Qualität der landwirtschaftlichen Rohstoffe schwanken. Ziele des Teilvorhabens sind daher

• Vernetzung der Rohstoffproduzenten und der Lebensmittelhersteller über die Schaffung einer gemeinsam zu entwickelnden disruptiven Technologie, die beiden Branchen Nutzen bringt
• interdisziplinäre Gesamtprozesserneuerung durch Einsatz von Industrie 4.0 - Technologien von der Rohstoffherstellung und der Rohstoffaufbereitung über die Synthese bis zum Produkt 
• Vernetzung aller Komponenten der Produktionskette din Echtzeit über eine Cloud

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Die heterogene Katalyse besitzt in der chemischen Industrie, in der Umwelttechnik und bei der Entwicklung neuer, selektiver Synthesewege ein erhebliches Potential. Entwicklungsaktivitäten zielen auf Katalysatoren mit optimierter Selektivität und Ausbeute aber insbesondere auf die Intensivierung der Prozesse und somit auf die Einsparung von Energie und Rohstoffen.

Vor diesem Hintergrund ist das Ziel des Projekts, eine Ausbeutesteigerung bei der Synthese gewünschter Olefine, die u.a. zur Kunststoffproduktion eingesetzt werden, durch verteilte Reaktan­dendosierung mittels Membranen (Distributor) herbeizuführen. In einem zyklisch betriebenen Distributor soll hierzu die oxidative Dehydrierung (ODH) und die thermische Dehydrierung (TDH) am industriell relevanten Modellsystem Propan, bei Vorliegen einer stofflichen und energetischen Kopplung, in einem integrierten Reaktor für maximale Syner­gieeffekte (autothermer Betrieb) untersucht und bewertet werden. Dieses Konzept soll den gesamten Reaktor/Katalysator auch bei der thermischen Dehydrierung im Vergleich zu bestehenden Konzepten permanent, d.h. ohne Schlupf oder separate Regenerationsphasen, nutzen können. Hierzu ist ein optimal gesteuerter transmembraner Sauerstoffstrom, der sich temporär dem Stand des Katalysatorzustands/Aktiviät anpasst zu ermitteln, wobei die Kontrolle der Temperatur und der Geschwindigkeit im Apparat durch verteilte Dosierung effizient gestaltet werden kann. Modellgestützte Untersuchungen (1D und 2D) sollen dabei helfen, optimale Dosierprofile bzw. Anforderungen an die Membran (Kompatibilität von Reaktion und Membran), zu identifizieren.

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Im Mittelpunkt des Teilprojekts stehen experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Mechanismus und der Kinetik der reduktiven Aminierung von langkettigen Aldehyden sowie der Hydroaminomethylierung als komplexe Tandemreaktion. Ziel ist es, die Reaktionsnetzwerke und katalytischen Zyklen systematisch aufzuklären, kinetische Modelle abzuleiten und zu reduzieren, sowie die Modellparameter durch Perturbationsversuche und Parameterreduktionstechniken zu ermitteln. Es wird die Grundlage für die Auslegung von Reaktoren und Prozessen geschaffen. Darüber hinaus werden die Katalysatordeaktivierung betrachtet und allgemeine Regeln zur Bewertung von Tandemreaktionen (Mehrtopf- vs. Eintopfsyn­these) erarbeitet.

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Im Rahmen der Förderung von strategischen Investitionen zur Stärkung und Weiterentwicklung der Forschungsbasis an Fachhochschulen (FH-Invest 2020) soll eine modulare Forschungs- und Demonstrationsanlage für innovative Membran(Trenn-)technik zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse entwickelt und Inbetrieb genommen werden. Die Anlage ist durch Module für Trennung- und Dosierstrategien in der Flüssigphase und Gasphase, insbesondere eine membranbasierte, selektive CO₂-Abtrennung, inkl. Mediensupport bzw. -konditionierung, online Analytik, Automatisierung und Digitalisierung charakterisiert.
Modul Flüssigphase für Mikro-/Ultra-/organophile Nanofiltrationsmembranen mit keramischen/polymeren Modulen als Plates, Tubes, Multi-Channels, Spiralwickelmodulen, Durchflussreaktor
Modul Gasphase für keramische Membranen als Tubes, Multi-Tubes für Reaktion, CO₂-Abtrennung, Adsorbertechnologie
Scale-up vom Labor in den Pilotmaßstab wird realisiert
Vollautomatisierung, Digitalisierung nach Industrie 4.0
Kombination mit heterogen/ biokatalys. Reaktionen, Ultraschall Zukünftige Erweiterungen sind modular vorgesehen zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse (Kreislaufwirtschaft)

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Im Rahmen der Förderung von strategischen Investitionen zur Stärkung und Weiterentwicklung der Forschungsbasis an Fachhochschulen (FH-Invest 2020) soll eine modulare Forschungs- und Demonstrationsanlage für innovative Membran(Trenn-)technik zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse projektiert und in Betrieb genommen werden. Die Anlage ist durch Module für Trennung- und Dosierstrategien in der Flüssigphase und Gasphase (selektive, membranbasierte CO₂-Abtrennung, inkl. Mediensupport bzw. -konditionierung, online Analytik, Ultraschallaplikation, Automatisierung und Digitalisierung charakterisiert..

Modul Flüssigphase für Mikro-/Ultra-/organophile Nanofiltrationsmembranen mit keramischen/polymeren Modulen als Plates, Tubes, Multi-Channels, Spiralwickelmodulen, Durchflussreaktor
Modul Gasphase für keramische Membranen als Tubes, Multi-Tubes für Reaktion, CO₂-Abtrennung, Adsorbertechnologie
Scale-up vom Labor in den Pilotmaßstab wird realisiert
Vollautomatisierung, Digitalisierung nach Industrie 4.0
Kombination mit heterogen/ biokatalys. Reaktionen, Ultraschall Zukünftige Erweiterungen sind modular vorgesehen zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse (Kreislaufwirtschaft)

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Die heterogene Katalyse besitzt in der chemischen Industrie, in der Umwelttechnik und bei der Entwicklung neuer, selektiver Synthesewege ein erhebliches Potential. Entwicklungsaktivitäten zielen auf Katalysatoren mit optimierter Selektivität und Ausbeute aber insbesondere auf die Intensivierung der Prozesse und somit auf die Einsparung von Energie und Rohstoffen.

Vor diesem Hintergrund ist das Ziel des Projekts, eine Ausbeutesteigerung bei der Synthese gewünschter Olefine, die u.a. zur Kunststoffproduktion eingesetzt werden, durch verteilte Reaktan­dendosierung mittels Membranen (Distributor) herbeizuführen. In einem zyklisch betriebenen Distributor soll hierzu die oxidative Dehydrierung (ODH) und die thermische Dehydrierung (TDH) am industriell relevanten Modellsystem Propan, bei Vorliegen einer stofflichen und energetischen Kopplung, in einem integrierten Reaktor für maximale Syner­gieeffekte (autothermer Betrieb) untersucht und bewertet werden. Dieses Konzept soll den gesamten Reaktor/Katalysator auch bei der thermischen Dehydrierung im Vergleich zu bestehenden Konzepten permanent, d.h. ohne Schlupf oder separate Regenerationsphasen, nutzen können. Hierzu ist ein optimal gesteuerter transmembraner Sauerstoffstrom, der sich temporär dem Stand des Katalysatorzustands/Aktiviät anpasst zu ermitteln, wobei die Kontrolle der Temperatur und der Geschwindigkeit im Apparat durch verteilte Dosierung effizient gestaltet werden kann. Modellgestützte Untersuchungen (1D und 2D) sollen dabei helfen, optimale Dosierprofile bzw. Anforderungen an die Membran (Kompatibilität von Reaktion und Membran), zu identifizieren.

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Projekt im Rahmen der Projektakademie Ingenieurwissenschaften der DFG
Förderprogramm der DFG zur Vorbereitung der Antragstellung von Drittmittelprojekten an Fachhochschulen durch Aufbauseminare und finanzielle Unterstützung von Vorversuchen sowie einer Vertretung in Lehre und Forschung

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Der Mechanismus und die Kinetik der Hydroformylierung bzw. Hydroesteri­fizierung von petro- und oleochemischen Verbindungen mit end- sowie innenständiger Doppelbindung in temperaturgesteuerten Lösungsmittelsystemen werden experimentell und theoretisch unter besonderer Berücksichtigung des Lösungsmitteleinflusses und von Nebenreaktionen (Iso­merisierung, Hydrierung) untersucht. Ziel ist es, die Reaktionsnetzwerke und katalyti­schen Zyklen aufzuklären, kinetische Modelle abzuleiten und zu reduzieren sowie Modell­parameter für die modellgestützte Analyse und Optimierung zu ermitteln.

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Das wachsende Gesundheitsbewusstsein moderner Konsumenten hat eine stetig steigende Nachfrage nach funktionellen Lebensmitteln und Lebensmittelzusätzen wie den Prebiotika zur Folge. Galactooligosaccha¬ride (GOS) werden hierbei besonders positive ernährungsphysiologische Eigenschaften zugeschrieben, so fördern sie u.a. selektiv das Wachstum nützlicher Darmbakterien, verbessern die Calciumresorption und reduzieren toxische Verbindungen. Vor diesem Hintergrund existiert ein starkes industrielles Interesse des Einsatzes von GOS als Nahrungsmittelzusatzstoff in Form eines Prebiotikas.  Letzteres stellt jedoch ein Problem bei einer in der Bevölkerung zunehmenden Lactoseintoleranz dar, da GOS mit Hilfe des Enzyms ß-Galactosidase aus Lactose hergestellt wird. Die Synthese läuft nur unvollständig ab, so dass im Produkt neben den Mono­sacchariden Galactose und Glucose auch noch das Substrat Lactose vorliegt, das unbedingt abgetrennt werden muss. Um die GOS-Synthese modellgestützt durch optimale Steuerung der Einflussgrößen, z.B. selektiven Produktabzug/-umsetzung, zu beeinflussen, fehlen oft auch geeignete Modelle bzw. Parameter, die im Projekt ermittelt werden sollen. Gegenwärtig besteht demzufolge eine deutliche Marktnachfrage bezüglich lactose- und glucosefreien GOS. Trotzdem existiert bisher noch kein industrielles Verfahren zu dessen Herstellung. Somit ist das Gesamtziel die Unter¬suchung, Modellierung, Optimierung und Bewertung des Herstellungsprozesses von reinem GOS, aus dem preisgünstigen Rohstoff Lactose und sekundär Molkenpermeat mit den Milchwerken Mittelelbe . Den Schwerpunkt des Projekts bildet die Entwicklung eines leicht up-skalierbaren kontinuierlichen chromatographischen Trennprozesses zur Isolierung der GOS durch Kooperation der Hochschule Anhalt, der Universität Magdeburg und der Industrie.

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Gegenwärtig besteht eine deutliche Marktnachfrage bezüglich lactose- und glucosefreier Präbiotika aufgrund einer zunehmenden Lactoseintoleranz in der Bevölkerung. Demgegenüber existiert bisher noch kein industrielles Verfahren im technischen Maßstab zu deren Herstellung. Hauptgrund hierfür ist ein in der Forschung unzureichendes Wissen zur Generie¬rung lactosefreier Präparate. Folglich sind Grundlagenuntersuchungen der Kinetik zur Synthese von Präbiotika und insbesondere deren kontinuierliche Aufreinigung nötig, die experimentell- und modellbasierte Studien bedürfen.

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This project aims to support the continuation of a successful cooperation between the Chair for Chemical Process Engineering at OvGU (Prof. Seidel-Morgenstern), the MPI in Magdeburg (Dr. Wolff) with Dr.-Ing Leo Alvarado Perea and Prof. Hamel (University of Applied Sciences Anhalt in Köthen, OvGU).
Propene, together with ethene, is one of the central building blocks in the petrochemical industry. However, the industry evolved around steam cracking technology has been designed to maximize ethene production, and propene comes along only as by-product. On the other hand, in the last years the market of propene has experienced an increasing in its demand due to its consumption mainly in polypropene and propene oxide manufacture . Therefore, traditional sources based on steam cracking technology are not sufficient to face this increasing demand.
The production of propene has been relegated as by-product in the ethene production. Thus, propene production is strongly influenced by the feed conditions, whereby the utilization of lighter feedstocks from low-cost natural shale gas reduces considerably the propene production in steam cracker units. Therefore, this raises the question how the chemical industry will address this imbalance and ensure adequate propene supplies into the future . Consequently, to meet the increasing demand for the propene production, on-purpose technologies will be of great interest. In this sense, several strategies have been proposed for propene production; the dehydrogenation of propane , the catalytic cracking of C4 alkenes to propene , the metathesis of ethene and 2-butene and the direct conversion of ethene to propene. The mentioned processes have several drawbacks that make difficult an industrial application e. g. deactivation of the catalysts, a wide spectrum of reaction products that reduce the propene selectivity.

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Both in China and Germany, membrane technology has become a fast growing dignified separation technology since it works without the addition of chemicals, with a relatively low energy use and well-established process conductions. In the developed industrial countries, membrane technology covers increasingly areas like life sciences, health, chemicals, pharmaceuticals, biotechnology, food and drinking water, desalination, sewage treatment, oil and gas, mineral extraction, power generation, and electronics. The first Sino-German Symposium on Novel Inorganic Membranes with Nano Design (GZ589) and the second Sino-German Symposium on Inorganic Membrane for Clean Energy and Clear Environment (GZ771), which were sponsored by the Sino-German Center for Science Promotion, were held 2010 in Guangzhou, and 2012 in Hannover. It was demonstrated by Workshops I and II, that membrane technology can especially contribute to two of mankind’s most urgent problems: Clean Energy and Clear Environment. As a result of Workshops I and II we identified the overlaps in the Chinese and German R&D work in 3 types of novel inorganic membranes: (1) Novel hydrogen transporting membranes (HTM) based on molecular sieves, ceramics or metals; (2) new oxygen transporting membranes (OTM) based on mixed oxygen conductors and dual phase materials; and (3) next generation of molecular sieve membranes (MSM) as zeolite and metal organic framework membranes. Further, the proper application of these new membranes requires progress in the engineering of membrane technology. After these two workshops, several Chinese-German research projects have been started (see scheme on following page). Within these projects breakthrough knowledge in the development and application of a new generation of inorganic membranes will be developed. The Cooperation Group is based on these projects and follows 4 aims to unify and coordinate the bilateral Chinese-German membrane research: a) Molecular understanding of  inorganic membranes, b) Membrane and reaction engineering, c) Erection of a 3-step membrane reactor cascade for CO2 processing and hydrogen production in Guangzhou, d) Erection of a 2-step membrane reformer for hydrogen production in Hannover.

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