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 Granulare Materie blitzschnell im Bild
21.09.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Sprühtrocknung: Wirkstoffe passgenau verkapseln
01.09.2017 | 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: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften