Chemische Verfahren

Der Bereich konzentriert sich auf die verfahrenstechnische Entwicklung chemischer Prozesse zur Herstellung von biobasierten Grund- und Feinchemikalien für eine Weiterverarbeitung in der chemischen, pharmazeutischen oder Lebensmittel-Industrie.

Hierbei spielt neben neuen Verfahrenskonzepten auch die Optimierung der Rohstoff- und Energieeffizienz bestehender Prozesse eine wichtige Rolle. Etablierte Verfahren können angepasst und unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten optimiert werden. Dabei betrachten wir nicht nur biobasierte Rohstoffe, sondern untersuchen auch herkömmliche Verfahren zur Herstellung petrochemischer Produkte.

Fraunhofer Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP

Das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP und das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle gehen gemeinsam neue Wege bei der nachhaltigen Herstellung von Wasserstoff.

Mit der Elektrolysetest- und -versuchsplattform ELP am Chemiestandort Leuna sollen zukünftig innovative Technologien zur Erzeugung von »grünem« Wasserstoff und dessen Nutzung in nachhaltigen Syntheseprozessen (z. B. zur Konversion von Kohlenstoffdioxid in Plattformchemikalien und Brenn- und Kraftstoffen) mit einer exzellenten Infrastruktur an Gaspipelines und Gasspeichern verknüpft werden.

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Aktuelle Fragestellungen

  • Oxidation von Lignin zu aromatischen Monomerbausteinen
  • Katalytische Hydrierung von Glukose und Buchenholzhydrolysat zur Polyolen
  • Metathese von Fettsäureestern zur Gewinnung von Dicarbonsäuren
  • Basenkatalytische Spaltung von Lignin zu aromatischen Plattformchemikalien
  • Dehydratisierung von biobasierten Alkoholen zu Olefinen in der Gasphase sowie in komprimierter Phase

Referenzprojekte

ALIGN – Biobasierte Aromaten aus LIGNin

Laufzeit: April 2018 – April 2021

Um Bioraffinerien nachhaltig und wirtschaftlich betreiben zu können, ist die Umwandlung von Lignin in hochwertige Produkte unerlässlich. Aus dieser Motivation heraus sollen im Projekt verschiedene Verfahren zur Extraktion und Depolymerisation von Lignin  untersucht und skaliert werden, welche die Struktur und Funktionalität von Lignin erhalten. So werden neue, bisher nicht zugängliche aromatische Strukturen mit neuen Funktionalitäten und damit einem neuen Leistungsspektrum identifiziert, die in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden können.

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Bio-FAA – Bio-Isobuten abgeleitete Kraftstoffadditive

Laufzeit: August 2015 – August 2017

Im Rahmen des Projekts »Bio-FAA« hat das Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP im Auftrag der deutsch-französischen Firma Global Bioenergies ein Verfahren zur Herstellung von Kraftstoffen und Kraftstoffadditiven aus biogenem Isobuten untersucht und entwickelt.

Isobuten ist eines der Schlüsselmoleküle der petrochemischen Industrie und wird derzeit kommerziell ausschließlich aus fossilen Quellen, hauptsächlich aus Erdöl, gewonnen.

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SynLink - Synthetische strombasierte Kraftstoffe als wichtiges Instrument zur Sektorkopplung

Laufzeit: Januar 2019 - Dezember 2022 

Gegenstand des Projekts ist die Herstellung erneuerbarer Kraftstoffe am Beispiel Methanol und langkettiger Kohlenwasserstoffe bzw. Alkohole. Hierbei wird technisch sowie ökonomisch die gesamte Wertschöpfungskette von der Synthesegasherstellung aus erneuerbarer Elektroenergie und CO2  mit anschließender chemokatalytischer Umwandlung zu den Kraftstoffen bis zu Anwendungstests n PKWs und LKWs untersucht und in TLR 5-6 demonstriert.

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EthaNa – Pilotierung der ethanolischen nativen Extraktion geschälter Rapssaat

Laufzeit: September 2017 - August 2020

Am Fraunhofer CBP werden neue Verfahren zur Aufbereitung von Raps erforscht. Im Projekt »EthanNa« erfolgt der Zellaufschluss und die Wertstoffgewinnung mit Ethanol anstelle der üblichen Lösungsmittel. Auf diese Weise soll die Qualität der Produkte Rapsöl und Rapskernkonzentrat deutlich gesteigert werden. Darüber hinaus zielt das Vorhaben auch auf die Isolierung neuer Wertstoffe ab, die bisher nicht aus Raps gewonnen werden konnten. Das Projektziel ist die Einrichtung einer Bioraffinerie-Pilotanlage am Standort Leuna.

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BEKs – Biozide und brandhemmende Ertüchtigung von biogenen Klebstoffsystemen mit naturbasierten Füll- und Funktionsstoffen

Laufzeit: Juli 2016 - September 2019

Um beispielsweise Holz oder Kork zusammenzufügen finden meist erdölbasierte Klebstoffsysteme Verwendung. Zum Schutz der natürlichen Werkstoffe gegenüber mikrobiellem Befall sowie auch gegenüber Brandlasten werden ebenfalls naturfremde Chemikalien eingesetzt. Diese vermindern das ökologische Potential der Holz- und Korkprodukte.

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2GEnzymes – Enzymes for 2G Sugars

Laufzeit: Juni 2016 - Mai 2019

Das Projekt verfolgt die Entwicklung eines integrierten Prozesses zur Produktion von Zuckern der 2. Generation (2GS) unter Verwendung von ligninolytischen Enzymen (LE) und neuartigen cellulolytischen Enzymen (CE).

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KomBiChemPro – Fein- und Plattformchemikalien aus Holz durch kombinierte chemisch-biotechnologische Prozesse

Laufzeit: November 2015 -Mai 2018

Das Verbundvorhaben KomBiChemPro hat das Ziel, verschiedene Entwicklungsarbeiten zur stofflichen Nutzung lignocellulosehaltiger Biomasse in einem integrierten Bioraffineriekonzept zusammenzuführen. Wichtigster Aspekt ist dabei die Herstellung markfähiger Produkte durch robuster Prozesse und effiziente Verfahrensführung, damit eine breite Anwendbarkeit und Konkurrenzfähigkeit gegenüber petrochemisch hergestellten Materialien und Chemikalien gewährleistet ist.

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FlexChem – Flexible Prozesse in der Chemieindustrie

Laufzeit: Mai 2016 - April 2018

Das Verbundvorhaben hat zum Ziel, den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zu steigern und langfristig chemische Produktionsprozesse für die Herstellung von Synthesebausteinen auf nachwachsende Rohstoffe umzustellen. Über eine durchgängige Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab soll dabei eine integrierte Verbundproduktion auf der Basis nachwachsender Rohstoffe realisiert werden.

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EffiMat – Multifunktionale Substitutionswerkstoffe für ressourceneffiziente Materialkonzepte

Laufzeit: Mai 2015 - September 2017

Ein wesentliches Ergebnis des Projektes stellt die Entwicklung von geschäumten Biopolymeren und einer darauf abgestimmten Verarbeitungstechnologie dar. Das neuartige Eigenschaftsprofil der nahezu 100 % aus regenerativen Quellen erzeugten Werkstoffe wird über die einfache Materialsubstitution hinaus durch ansprechendes materialbasiertes Design befördert.

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Bio-FAA – Bio-Isobuten abgeleitete Kraftstoffadditive

Laufzeit: August 2015 - August 2017

Isobuten ist ein Schlüsselmolekül für die petrochemische Industrie. Es wird derzeit ausschließlich aus fossilen Quellen wie Erdöl gewonnen. Mit einem alternativen Herstellungsverfahren der Firma Global Bioenergies wird in einer Demonstrationsanlage am Standort Leuna biobasiertes Isobuten aus Zuckern hergestellt. Im Projekt Bio-FAA konnte biobasiertes Isobuten erstmals erfolgreich zu Kraftstoffen und Kraftstoffadditiven wie Isooktan und ETBE umgewandelt werden.

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Phenowood – Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von phenolischen Verbindungen aus Holz

Laufzeit: März 2017 - Dezember 2017

Das Projekt »Phenowood« umfasst die weiterführende wissenschaftliche Untersuchung der katalytischen Spaltung von Lignin, um ein tieferes Verständnis für den Reaktionsmechanismus während des Prozesses zu erlangen und so die Produktspezifikationen der Phenolderivaten definieren und die Skalierung abbilden zu können. Darüber hinaus sollen Entwicklung und Optimierungen von Aufarbeitungs- und Aufreinigungsmethoden zur selektiven Abtrennung der Wertprodukte durchgeführt werden.

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Lignoplast – Funktionalisierte Ligninspaltprodukte als Synthesebausteine für die Herstellung von Klebstoffen, Lacken, Polyurethanen und Epoxiden

Laufzeit: Juli 2013 - Dezember 2016

Im Rahmen des Projekts »Lignoplast« entwickelt das Fraunhofer CBP Verfahren für die Chemieindustrie, um Kunststoffe aus Holz herzustellen. Als Basis dienen in verholzter Biomasse enthaltene Lignine. Mithilfe basenkatalytischer Spaltung werden diese organischen Verbindungen in Phenolderivate zerlegt, die wiederum zu hochwertigen Polyurethan-Schäumen oder zu Polyolen für Polyurethan-Beschichtungen von Langzeitdüngern weiterverarbeitet werden.

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Integrierte BioProduktion – Integrierte chemisch-biotechnologische Herstellung von Synthesebausteinen auf Basis nachwachsender Rohstoffe in einer Bioraffinerie

Laufzeit: Mai 2009 - April 2012

Das Verbundvorhaben hat zum Ziel, den Einsatz nachwachsender Rohstoffe zu steigern und langfristig chemische Produktionsprozesse für die Herstellung von Synthesebausteinen auf nachwachsende Rohstoffe umzustellen. Über eine durchgängige Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab soll dabei eine integrierte Verbundproduktion auf der Basis nachwachsender Rohstoffe realisiert werden.

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