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SFB 1615:  SMARTe Reaktoren für die Verfahrenstechnik der Zukunft

Fachliche Zuordnung Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Chemie
Informatik, System- und Elektrotechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Physik
Förderung Förderung seit 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503850735
 
Zur Bewältigung des Klimawandels und zur Schaffung widerstandsfähigerer Lieferketten ist eine Umstellung von fossilen Rohstoffen auf nachwachsende Rohstoffe unverzichtbar. Nachwachsende Rohstoffe schwanken jedoch saisonal und regional in ihrer Verfügbarkeit und Qualität (auch aufgrund (geo)politischer Krisen). Daher benötigt die Gesellschaft dringend Verfahren und Reaktoren, die flexibel auf schwankende Eigenschaften von Rohstoffen reagieren können. Um eine solche Anpassung zu ermöglichen, ist ein hohes Maß an Prozesskontrolle erforderlich: Drücke, Temperaturen, Konzentrationen und dispergierte Phasen müssen innerhalb der Reaktoren kontinuierlich und lokal mit geeigneten Sensoren überwacht und unmittelbar während des Betriebs angepasst werden. Dies erfordert ein tiefes und grundlegendes Verständnis aller relevanten Transportprozesse und Reaktionsschritte, um eine schnelle und zuverlässige Modellierung und Simulation für eine operando und in situ Prozessoptimierung zu gewährleisten. Durch die Grundlagenforschung in diesem SFB werden neue Technologien für SMARTe-Reaktoren entwickelt, die erneuerbare Ressourcen (Sustainable), in verschiedene Produkte umwandeln können (Mehrzweckreaktoren) und die Autonom (selbstanpassend) agieren, was zu Resilienteren Prozessen führen wird, die besser zwischen Skalen und Standorten Transferierbar sind. In unserer Vision kann der autonome Reaktor lokale Prozessbedingungen in situ mit integrierten Sensoren erfassen und chemische und/oder elektrische Signale direkt an flexible Komponenten im Reaktor (Aktoren) weiterleiten. Diese Aktuatoren verändern ihre Eigenschaften (z.B. Geometrie, Struktur, elektr. Leitfähigkeit) und beeinflussen damit die Prozessbedingungen positiv. In diesem SFB soll daher untersucht werden, wie lokale Prozessbedingungen in Reaktoren erfasst, in Modelle gewandelt und durch lokale Maßnahmen optimiert werden müssen, um trotz der schwankenden Qualität nachwachsender Rohstoffe stets optimale Prozessbedingungen mit konstanter Produktqualität und maximaler Ausbeute sicherzustellen. Als beispielhafte Reaktion aus der Wasserstoffwirtschaft wird die Hydrogenolyse von Glycerin zu Propandiolen herangezogen, die biochemische, chemische und mechanische Umwandlungsschritte umfasst, beispielhaft für Fluid-Fluid- und Fest-Fluid-Systeme. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Verfahrenstechnik, Materialwissenschaft und Elektrotechnik mit Physikern, Chemikern, Mathematikern und Informatikern der Technischen Universität Hamburg-Harburg und fünf weiteren Forschungseinrichtungen ermöglicht die Bündelung von Know-how und einzigartigen Experimentiermöglichkeiten. Von den brillantesten Röntgenquellen der Welt zur Untersuchung kleinster Bausteine der Materie bis hin zum weltgrößten Magnetresonanztomographen zur Aufklärung von Prozessen in Mehrphasenreaktoren werden die Limitierungen zukünftiger Prozesse auf allen relevanten Skalen aufgespürt und überwunden.
DFG-Verfahren Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

Antragstellende Institution Technische Universität Hamburg
 
 

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