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Produktabtrennung und -aufarbeitung

Dieser Bereich beinhaltet die verfahrenstechnische Entwicklung von Prozessen zur Aufarbeitung von Produktmischungen und ist naturgemäß stark mit den anderen Forschungsschwerpunkten am Fraunhofer IGB und CBP vernetzt.

Für kundenspezifische Anwendungen werden neue maßgeschneiderte Aufarbeitungsverfahren entwickelt, skaliert und evaluiert. Dabei bewerten und optimieren wir die industrielle Umsetzbarkeit der Verfahren bereits im Labormaßstab.

Beispiel: Separation und Aufreinigung von Furanderivaten aus lignocellulosehaltigen Koppelströmen

Zweiphasengemisch
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Zweiphasengemisch aus Wasser und Furfural (rechts), gewonnen durch Depolymerisierung von Lignocellulose und destillativer Separation.

Biobasierte Furanderivate wie 2,5-Furandicarbonsäure (FDCA) besitzen insbesondere als biogene Bausteine für Polymeranwendungen eine immer größere Bedeutung. Das Fraunhofer CBP beschäftigt sich intensiv mit der Abtrennung und Aufreinigung von Furanderivaten aus Prozesswässern der hydrothermalen Umwandlung lignocellulosehaltiger Rohstoffe und wendet dabei verschiedene thermische, mechanische und physikalisch-chemische Trennverfahren an. Intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erfolgten u. a. in den vom BMBF geförderten Projekten »KomBiChemPro« und »BBChem« sowie in dem von der EU geförderten Projekt »SteamBio«.

 

Stofftrennung mit Cross-Flow-Membranfiltration

Zur Abtrennung der gelösten und ungelösten Inhaltsstoffe setzen wir Cross-Flow-Membrananlagen ein. Zielsetzung ist die Separation von Poly- und Monomeren bzw. die Reduzierung des Wasseranteils zur energetischen Optimierung des Aufreinigungsprozesses. Die Cross-Flow-Membranfiltration spielt zudem bei der Abtrennung temperaturempfindlicher Substanzen wie 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) und Ameisensäure eine bedeutende Rolle. Furfuralderivate lassen sich aus den Wässern auch erfolgreich mittels Rektifikation abtrennen, wie wir im Pilotmaßstab mit einem Durchsatz von 2,5 kg/h demonstrieren konnten. Untersuchungen zur Flüssig/Flüssig-Extraktion und Adsorption/Desorption zeigten eine gezielte Trennung der Carbonsäuren von den Furanderivaten. Hier konnten wir die prinzipielle Machbarkeit zur Abtrennung der Furanderivate aus Prozesswässern der hydrothermalen Umsetzung bis in den 100-Liter-Maßstab erfolgreich darlegen.

Keramikrohrmembran
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Keramikrohrmembran der Cross-Flow-Membrananlage.
Flachmembranmodul
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Flachmembranmodul der Cross-Flow-Membrananlage.
Produktmuster
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Aus Prozesswasser mittels Polymermembran aufbereitete Produktmuster, von links nach rechts: Eduktprobe, Permeat, Konzentrat.