Smarte Prozesstechnik

Das Technologiefeld »Smarte Prozesstechnik« umfasst zum einen die Gestaltung chemischer Prozesse in Richtung grüner und effizienter Chemieprozesse und zum anderen die entsprechende Apparate-, Reaktor- und Anlagentechnologie. Strategisch wird dabei die verfahrenstechnische Prozessintensivierung durch die Entwicklung und Realisierung von vorzugsweise kontinuierlichen Prozesstechniken unter Einsatz von maßgeschneiderten, gegebenenfalls mikroverfahrenstechnischen Reaktionsmodulen und Modulen für das Downstream Processing verfolgt. Auf Anagenebene stehen wiederum modulare und skalierbare Anlagenkonzepte und Komponenten einschließlich deren Verschaltung im Vordergrund.

Das Ziel einer grünen Chemie macht in der Regel ein gemeinsames Vorgehen von synthesechemischen und verfahrenstechnischen Konzepten erforderlich (Green Chemistry & Green Engineering). Diese Form der Prozessintensivierung, die als Strategie zur Steigerung der Effizienz und Flexibilität verfahrenstechnischer Prozesse breit anerkannt ist, bildet einen zentralen Lösungsansatz des ShaPID-Projektes. Kontinuierliche Prozessführung und neuartige, spezifisch angepasste Reaktor- und Aufarbeitungsmodule zielen auf eine präzise Kontrolle der Bedingungen chemischer Produktionsprozesse. Technologisch wird im Rahmen der Prozessintensivierung eine Bandbreite von Ansätzen verfolgt. Beispielsweise spielen hier milli- und mikrostrukturierte Reaktoren für die Ermöglichung und Beherrschung kontinuierlicher Syntheseprozesse ('Flow Chemistry') eine große Rolle. Damit werden einerseits die Limitierungen traditioneller Verfahrenskonzepte überwunden, aber anderseits auch Prozesse neu gestaltet ('Novel Process Windows') und intensiviert. Dies bildet die Grundlage für verbesserte Produktionsprozesse im Hinblick auf Produkteigenschaften und Energie- und Ressourceneffizienz. Smarte, modulare Anlagenkonzepte tragen dazu ebenfalls bei. Sie stehen zusätzlich auch für flexible und schnell anpassbare Produktionskonzepte, um z.B. einen schnelleren Markteintritt zu erreichen (Reduktion time-to-market). Diese Smarte Prozesstechnik umfasst also Entwicklungen auf den Ebenen kontinuierliche Prozesstechnik, Prozessmodule (Reaktoren, Up-/Downstream-Module, Analysenmodule) und Anlagen (Verschaltung und Steuerung der Module, z.B. in einer Container-Infrastruktur). Die Verknüpfung der Smarten Prozesstechnik mit Digitalisierungskonzepten soll einen weiteren Hebel bilden zur Effizienzsteigerung chemischer Prozesse.

Zu den im Projekt ShaPID verfolgten kontinuierlichen Prozessen gehören die elektrokatalytische Formiat-Produktion aus CO₂ im Kombination mit einem ebenfalls kontinuierlichen Fermentationsschritt inklusive Aufarbeitung, eine modulare aufgebaute Polykondensationslinie, die Herstellung von Butadien und Diolen – allesamt wichtige Verbindungen für die chemische Industrie – aus nachwachsenden Rohstoffen über neue thermische und elektrochemische Pfade und die intensivierte Herstellung von Diazoverbindungen als synthetisch vielseitig nutzbare Zwischenverbindungen und deren direkte Weiterumsetzung.