Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fraunhofer PAZ halbiert Energiekosten bei Isolierung von Synthesekautschuk

22.02.2016

Kautschuk ist ein gefragter Rohstoff, vor allem für Autoreifen, aber auch für Gummiprodukte und Matratzen. Nicht zuletzt weil das Angebot an Naturkautschuk schwankt, ist synthetisch hergestellter Kautschuk eine wichtige Alternative. Um diesen vom im Herstellungsprozess notwendigen Lösungsmittel zu isolieren, ist in der Regel viel Energie aufzuwenden. Hierfür entwickelte das Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und -verarbeitung PAZ in Schkopau gemeinsam mit dem Schweizer Unternehmen List AG ein innovatives Verfahren weiter. Ergebnis: eine Kostenreduktion von durchschnittlich 50 Prozent durch den Einsatz von Niederdruckdampf.

Moderner synthetischer Kautschuk wird mittels Lösungspolymerisation hergestellt. Das Lösungsmittel ist vom Kautschukpolymer nur aufwändig zu trennen, weil der Kautschuk durch seine ihm eigenen Doppelbindungen beim Einfluss von Hitze und mechanischer Belastung zur Vernetzung neigt. Diese ist zwar bei einem fertigen Autoreifen gewollt, im Produktionsprozess ist eine Vor-Vulkanisation jedoch ein unerwünschter Faktor.


Im Knetreaktor wird synthetisch hergestellter Kautschuk von seinem Lösungsmittel getrennt. Am Fraunhofer PAZ sind solche Anlagen sowohl im Labor- als auch im Technikumsmaßstab verfügbar.

(c) Fraunhofer IAP, Fotograf: Alexander Krause

Um das Kautschukpolymer bei der Trennung von seinem Lösungsmittel zu schonen, werden am Fraunhofer PAZ, einer Gemeinschaftsanlage des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm und des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle, zwei Knetreaktoren eingesetzt.

In einem mit der List AG entwickelten Verfahren wird dabei auf Direktverdampfung gesetzt. Die dadurch erzielte Energieeinsparung beträgt 75 Prozent, jedoch ging dies bislang mit dem hohen Einsatz von relativ teurer elektrischer Energie einher.

Dieses Verfahren wurde nun entscheidend weiterentwickelt. »Zwar sparte man bisher schon einen Großteil der eingesetzten Energie. Mit Blick auf die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie haben wir uns nun aber auch die Kostenseite angesehen«, sagt Dr. Ulrich Wendler, Leiter Synthese und Produktentwicklung am Fraunhofer PAZ.

Um den teuren Strom weitestgehend durch billige thermische Energie zu ersetzen, wurde in einem Forschungsprojekt ein zusätzlicher Prozessschritt eingeführt, der unter robusten Betriebsbedingungen und bei minimalen Investitionskosten eine Optimierung der Energiekostenstruktur zulässt. Durch den Einsatz von preiswertem Niederdruckdampf kann nun – abhängig von Material und Viskosität der eingesetzten Kautschuklösung – eine Energiekosteneinsparung von mehr als 50 Prozent erzielt werden.

Hintergrund des weiterentwickelten Verfahrens ist der Einsatz von Knetreaktoren, die mit dem Industriepartner List AG entwickelt wurden, in Kombination mit einer speziellen Aufkonzentrationstechnologie für temperatursensitive Polymerlösungen. In der herkömmlichen Koagulation wird über mehrere Stunden eine Hitze von etwa 100 Grad Celsius aufgewendet.

In der bereits 2007 entwickelten Isolierung von Kautschukpolymeren, bedarf es bei der Aufarbeitung im Knetreaktor lediglich einer Temperatur im Bereich von 70-90 Grad Celsius bei einer Verweilzeit von nur 30 Minuten. Durch die eingesetzte Technologie werden die stofflichen Eigenschaften des Werkstoffs nur extrem wenig beeinträchtigt.

Ein weiterer Vorteil im Verfahren ist, dass fast ausschließlich wasserfreies Lösungsmittel anfällt. Somit kann der aufwändige Prozess zur Trocknung des Lösungsmittels deutlich optimiert werden, was zusätzliche Kosteneinsparungen ermöglicht. »Durch das von uns entwickelte Verfahren konnten wir einen erheblichen Fortschritt bei der Isolierung von Kautschukpolymeren erreichen. Diesen Prozess haben wir über die Jahre besser verstanden«, sagt Ulrich Wendler rückblickend.

Grundlage für diese Optimierung ist nach Aussage von Wendler die Möglichkeit, Informationen aus dem Pilotmaßstab in eine industrienahe Größe zu skalieren – genau dafür biete das Fraunhofer PAZ die passenden Anlagen und das nötige Knowhow. Die Prozessdaten werden sowohl im Labormaßstab (Kneter mit einem Volumen von 2,5 Liter und 4 Liter) wie auch im Pilotmaßstab (100 Liter und 200 Liter) ermittelt.

»Erst bei der Betrachtung der Maßstabsübertragungen über zwei Zehnerpotenzen zeigen sich die wahren prozessualen wie stofflichen Herausforderungen«, erklärt er. Nur mit einer solchen Herangehensweise ließen sich größere Mengen eines neu entwickelten Materials sicher und ohne Prozessrisiken hervorbringen. Laut Wendler eine ganz wichtige und erprobte Herangehensweise, um neue Technologien in den Produktionsmaßstab zu überführen: »Durch die sichere Beherrschung der Skalierung in zwei, deutlich voneinander unterscheidbaren Apparategrößen, kann man das Prozessrisiko für den großtechnischen Maßstab signifikant minimieren.«


Über das Fraunhofer PAZ

Seit 2005 werden im Fraunhofer-Pilotanlagenzentrum für Polymersynthese und - verarbeitung PAZ in Schkopau neue Polymer-Produkte und innovative Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette entwickelt – vom Monomer über die Polymersynthese und Kunststoffverarbeitung im Pilotmaßstab bis hin zum geprüften Bauteil nach Maß. In dieser Kombination und Größenordnung ist das Fraunhofer PAZ einmalig in Europa. Im Auftrag von Kunden etwa aus der Kunststoff- oder Automobilindustrie werden auf einer Technikums- und Laborfläche von derzeit rund 1700 Quadratmetern unterschiedlichste Polymersynthese- und Verarbeitungsverfahren maßgeschneidert bis in den industrienahen Maßstab umgesetzt.

Das Fraunhofer PAZ ist eine gemeinsame Initiative der Fraunhofer-Institute für Angewandte Polymerforschung IAP in Potsdam-Golm und für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle. Unter der Leitung von Prof. Michael Bartke (IAP) bündeln beide Einrichtungen ihre Kompetenzen in der Polymersynthese (IAP) und Polymerverarbeitung (IMWS) in einzigartiger Weise. Diese Zusammenarbeit, die technischen Möglichkeiten im Pilotmaßstab sowie die hohe Flexibilität der Anlagen sind Alleinstellungsmerkmale am FuE-Markt.

Das Pilotanlagenzentrum ist als Mieter in das mitz II integriert. Der ebenfalls 2005 eröffnete Erweiterungsbau des Merseburger Innovations- und Technologiezentrums mitz GmbH, wurde zu 90 Prozent durch das Land Sachsen-Anhalt / EU finanziert. Die Mittel für die apparative Erstausstattung und die Anlagen des PAZ in Höhe von rund 19 Millionen Euro stammen zu 84 Prozent aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung EFRE.

www.polymer-pilotanlagen.de

Weitere Informationen:

http://www.polymer-pilotanlagen.de/de/Presse/2016/Synthesekautschuk.html

Dr. Sandra Mehlhase | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht 3D-Bilder von Krebszellen im Körper: Medizinphysiker aus Halle stellen neues Verfahren vor
16.05.2018 | Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

nachricht Innovatives Verfahren zur umweltschonenden Gülleaufbereitung kommt auf den Markt
03.05.2018 | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie

25.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics