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Verfahrenstechnik 03/2020

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Verfahrenstechnik 03/2020

VERFAHRENSTECHNIK IM

VERFAHRENSTECHNIK IM ALLTAG I SERIE Alternative zum Erdöl Synthese biobasierter Hochleistungs-Polyamide aus biogenen Reststoffen Ein Forschungsteam der Fraunhofer-Gesellschaft und der Technischen Universität München (TUM) unter Leitung des Chemikers Volker Sieber hat eine neue Polyamid-Familie entwickelt, die sich aus einem Nebenprodukt der Zelluloseproduktion herstellen lässt – ein gelungenes Beispiel für nachhaltigere Wirtschaftsweise mit biobasierten Materialien. Polyamide sind wichtige Kunststoffe, sie finden sich in Skibindungen genauso wie in Autos oder Kleidungsstücken. Kommerziell werden sie bislang meist auf Erdölbasis hergestellt; es gibt nur wenige „grüne“ Alternativen, etwa auf Rizinusöl basierende Polyamide. Biobasierte Verbindungen sind in der Herstellung oft deutlich teurer und können sich daher auf dem Markt bislang nur dann gegenüber Erdölprodukten durchsetzen, Autor: Dr. Ulrich Marsch, Corporate Communications Center, Technische Universität München wenn sie besondere Eigenschaften haben. Die neue Polyamid-Familie lässt sich aus einem Nebenprodukt der Zelluloseproduktion herstellen. Der biogene Ausgangsstoff, (+)-3-Caren, ist aus zwei aneinander hängenden Ringen aufgebaut (bicyclisches Monoterpen). Die Chemiker der TUM und des Fraunhofer- Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Straubing modifizierten nun den einen Ring so, dass er sich unter Aneinanderreihung vieler Moleküle, also unter Bildung von Polymeren, öffnen lässt. Der zweite Ring bleibt dabei jeweils erhalten. So entsteht anstelle einer linearen Polymerkette wie bei gewöhnlichen Polyamiden eine Kette, die viele kleine Ringe und weitere Seitengruppen trägt. Dies verleiht dem Polymer völlig neue Funktionen. Die neuen Polyamide überzeugen durch spezielle Eigenschaften, die sie für viele Anwendungen attraktiv machen. Sie werden bspw. erst bei höheren Temperaturen weich als die konkurrierenden Erdölprodukte. Zudem lassen sich die neuen Verbindungen sowohl transparent als auch teilkristallin herstellen, was bei gleichem Ausgangsstoff ihre späteren Einsatzmöglichkeiten vergrößert. Gewinn an Nachhaltigkeit Aus industrieller Sicht überzeugend ist, dass die Synthese quasi in einem Reak- tionsbehälter passiert. Dieses „One-Pot“- Verfahren ermögliche es nicht nur, die Kosten erheblich zu reduzieren, sondern bedeute auch einen deutlichen Gewinn an Nachhaltigkeit, so Sieber. Der biogene Ausgangsstoff (+)-3-Caren lässt sich nämlich aus bei der Zelluloseindustrie als Nebenprodukt anfallendem Terpentinöl mit verhältnismäßig geringem Aufwand in hoher Reinheit herausdestillieren. Bislang wurde das Terpentinöl in den Zellulosefabriken nur verheizt. „Wir verwenden es als wertvollen Ausgangsstoff für Kunststoffe“, sagt Sieber. „Das ist eine enorme Wertsteigerung.“ Sieber weist darauf hin, dass man beim Terpentinöl nicht, wie etwa bei der Verwendung von Rizinusöl, in Flächenkonkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehe. Noch sind die Forscher mit der erreichten Gesamtausbeute des Prozesses nicht ganz zufrieden, sie liegt bei 25 Massenprozent. „Dank der einfachen Skalierbarkeit ist das Potenzial für einen effizienten Prozess sehr hoch“, sagt Paul Stockmann, auf dessen Doktorarbeit an der TUM die Ergebnisse beruhen. Beim Fraunhofer-IGB arbeitet der Chemiker nun daran, (+)-3-Carenbasierte Polyamide als Alternative für erdölbasierte Hochleistungspolyamide am Markt zu etablieren. Fotos: mirpic/stock.adobe.com, P. Stockmann/TUM cbr.cs.tum.de 42 VERFAHRENSTECHNIK 3/2020

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 4/2020 ERSCHEINUNGSTERMIN: 01. 04. 2020 • ANZEIGENSCHLUSS: 17. 03. 2020 01 02 03 04 01 Das Thema Predictive Maintenance spielt in der Prozessindustrie eine bedeutende Rolle (Foto: Deutsche Messe) 02 Ein Prozessleitsystem soll die vorhandene SPS mit Scada-System in der Energiezentrale ersetzen (Foto: Rösberg) 03 Ein kompaktes Analysegerät überwacht in Brauereien kontinuierlich den Dampf (Foto: Endress+Hauser) 04 Rohrverschraubungen, Kugelhähne, Schnellkupplungen und Druckregler aus einer Hand sorgen für reibungslose Abläufe (Foto: Swagelok) Der direkte Weg (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) Internet: www.verfahrenstechnik.de E-Paper: digital.verfahrenstechnik.de Redaktion: redaktion@verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 3/2020 43

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