Wir sind fasziniert von Gasen unter hohen Drücken und nutzen deren Eigenschaften zur Entwicklung von innovativen Prozessen und Produkten. Die folgende Aufstellung gibt einen Überblick über aktuelle und frühere Forschungsprojekte:
Um die Klimaziele zu erreichen, wird an der Substitution fossiler Ressourcen in der Prozesschemie geforscht. Ein Weg ist die elektrochemische Reaktion von Wasser mit Kohlenstoffdioxid. Dabei werden der Anodenraum, in dem das Wasser oxidiert wird, und der Kathodenraum, in dem das Kohlendioxid reduziert wird, durch eine Membran voneinander getrennt. Ziel ist es, dass bei der Reaktion hauptsächlich Ethanol an der Kathode entsteht (…).
Die Geothermie leistet weltweit einen wichtigen Beitrag bei der klimaschonenden Strom- und Wärmeerzeugung. Um Wärme für Gebäude bereitzustellen oder Strom zu erzeugen, entzieht die Geothermie dem Untergrund Wärme. Dabei ist die Geothermie grundlastfähig und unabhängig von Wind, Gezeiten und Sonne. (IRENA and IGA 2023; Stober und Bucher 2020)
Eine zentrale betriebliche Herausforderung bei der geothermischen Energienutzung sind oft begrenzte Durchflussraten. Diese verringern die Wärmeübertragung, wodurch die Effizienz der Geothermieanlagen sinkt. Eine häufige Ursache für die begrenzten Durchflussraten sind Ablagerungen (Scales) von Mineralen und Mikropartikeln sowie Korrosion in den Rohrleitungen und Anlagenteilen. Um einen Leistungsabfall der Anlage zu verhindern, sind aufwändige Reinigungs- und Wartungsarbeiten notwendig, die hohe Kosten verursachen. (van Pull-Verboom 2020; Stober und Bucher 2020) (…).
Das Wasserstrahlschneiden ist ein bewährtes, industrielles Fertigungsverfahren zur Bearbeitung verschiedener Materialien. Bei diesem Verfahren wird das Schneidmedium bis zu einem Druck von mehreren tausend bar verdichtet, bevor es durch eine Düse auf atmosphärische Bedingungen expandiert wird, um einen Strahl zu erzeugen. Anstelle von Wasser können auch andere Flüssigkeiten als Schneidmedium verwendet werden. Durch den Einsatz von flüssigem Kohlendioxid (CO2) anstatt von Wasser kann eine rückstandsfreie und trockene Bearbeitung von wasserempfindlichen Werkstoffen ermöglicht werden, da das Kohlendioxid nach dem Auftreffen auf das Werkstück vollständig verdampft. (…).
Die Eindämmung der weiteren globalen Erwärmung ist wahrscheinlich die größte Herausforderung, vor der die Menschheit derzeit steht. Dazu müssen die Treibhausgasemissionen drastisch reduziert werden. Diese Treibhausgase werden freigesetzt, wenn Kraftstoffe, Chemikalien und Kunststoffe so wie bisher aus fossilen Rohstoffen gewonnen werden.
Soll das vermieden werden, müssen die Kohlenstoffkreisläufe dieser Produkte mit Hilfe moderner Technologien geschlossen werden. Diese werden unter dem Oberbegriff „Carbon Capture and Utilization“ (CCU) zusammengefasst. Diese innovativen Verfahren nutzen abgeschiedenes CO2 aus Industrieemissionen als Rohstoff und dazu erneuerbare Energiequellen, um aus dem CO2 wieder Kraftstoffe, Chemikalien oder Kunststoffe herzustellen. In der Zukunft soll CO2 auch direkt aus natürlichen Quellen gewonnen werden, um eine nachhaltigere Industrie zu schaffen. (…).
In der Lebensmittelindustrie werden Aromastoffe zugunsten der Haltbarkeit und Dosierbarkeit häufig verkapselt. Ein besonders günstiges und nachhaltiges Hüllmaterial sind verbrauchte Hefezellen, die bei Brauereien als Abfallprodukt anfallen. Werden diese nach dem Brauen zur Herstellung von Hefeextrakt extrahiert, stellt die Verkapselung sogar eine tertiäre Nutzung dar. Auf dieser Grundlage können biobasierte controlled release Systeme ressourcenschonend und frei von Zusatzstoffen produziert werden. (…).
Extrusionsanlagen werden für die kontinuierliche Verarbeitung von plastisch verformbaren Substanzen eingesetzt, zum Beispiel von Polymeren. Zu den bekanntesten Extrusionsanlagen zählen Ein- und Doppelschneckenextruder. Planetwalzenextruder (PWE) stellen eine Sonderbauform dar und zählen zu den Mehrwellenextrudern. Der Aufbau des PWE ähnelt einem Planetengetriebe mit zentral angeordneter Zentralspindel, umlaufenden Planetspindeln und einem stillstehenden Walzenzylinder (siehe Abbildung 1). Der PWE eignet sich aufgrund von unterschiedlich einstellbaren Spindelkonfigurationen, einer präzisen Temperaturführung und einer hohen Mischungsgüte für verschiedene Anwendungsfälle [Kohlgrüber 2019]. So ist es bspw. innerhalb der Arbeitsgruppe Virtualisierung verfahrenstechnischer Prozesse der Ruhr-Universität Bochum gelungen, unter Einsatz von verdichtetem Kohlenstoffdioxid Polymerschäume mit dem PWE zu erzeugen [Winck 2020]. (…).