Worum es geht – eine kurze Einführung

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#Weltwassertag 2014: ProcessNet-Positionspapier zeigt hohes Innovationspotential in der industriellen Wassertechnik auf

Mit einer integrierten, nachhaltigen Industriewasserwirtschaft lassen sich Wasser, Wertstoffe und Energie besser nutzen. Die ProcessNet-Fachgruppe „Produktionsintegrierte Wasser- und Abwassertechnik“ zeigt in ihrem neuen Positionspapier anhand von Trends und Perspektiven in der industriellen Wassertechnik auf, wie diese Vision verwirklicht werden kann.

In dem Positionspapier leiten die Experten ausgehend vom Istzustand anhand von  (Mega-)Trends eine Vision für die Situation im Jahr 2030 ab: Eine integrierte, nachhaltige Industriewasserwirtschaft verringert die Abhängigkeit der Produktionsprozesse von externen Wasser-, Rohstoff- und Energieressourcen. Dies gilt auch für weitere  Einflussfaktoren wie Nutzungskonkurrenzen um Wasser und rechtliche Rahmenbedingungen.

Um die Vision umzusetzen, müssen bestimmte Entwicklungsziele erreicht werden. Dazu zählen zum Beispiel intelligente Wassermanagement-Systeme, die ständige Optimierung von Produktionsprozessen und eine Analytik, die Inhaltsstoffe schnell und vollständig erfasst. Anhand von 14 Handlungsfeldern, die sowohl technologische als auch wirtschaftliche und gesellschaftliche Fragestellungen umfassen, strukturieren die Experten, was getan werden muss, um diese Ziele zu erreichen. Abschließend definiert das Positionspapier den notwendigen Forschungs- und Entwicklungsbedarf und skizziert mögliche Wege zur Realisierung.

Wasser ist für die Industrie auf nationaler und internationaler Ebene von entscheidender Bedeutung. Die Anforderungen an die Wassertechnik im industriellen Sektor sind branchen- und standortabhängig sehr verschieden. Standardisierte Lösungen sind kaum möglich. Vielmehr erfordern die unterschiedlichen Bedürfnisse eine Kombination aus methodischem/fachlichem Know-how und maßgeschneiderter Prozesstechnik. Durch die enge Verzahnung der Produktion mit der Wassertechnik sind integrative Technologien und Managementsysteme notwendig.

Das resultierende Modell der Industriewasserwirtschaft ist nicht nur für den innerdeutschen Markt von großer Relevanz; es stärkt auch den Export von Technologien, Ausrüstungen, Ingenieur- und anderen Dienstleistungen. Eine integrierte, nachhaltige Industriewasserwirtschaft verbessert die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen in internationalen Märkten.

Das Positionspapier steht unter http://www.dechema.de/dechema_media/Downloads/Positionspapiere/PP_Industr_Wassertechnik_2014_druck_V3.pdf zur Verfügung.

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und bei der Jahrestagung geht’s weiter…

Es ist vollbracht! Auf den Seiten dieses Blogs finden Sie nun eine Zusammenstellung aller Ergebnisse aus dem ProcessNet-Zukunftsworkshop. Und jetzt?

Jetzt geht es weiter! Im Laufe der kommenden Wochen legen die betreuenden Experten dar, wie sie sich die weitere Bearbeitung der Themen vorstellen. An einigen Punkten gab es auch Gespräche mit möglichen Partnern. Wir werden Sie hier im Blog auf dem informieren, wie es weiter geht und welche konkreten Aktivitäten folgen.

Eines ist jetzt schon klar: Die Mehrzahl der Themen wird bei der ProcessNet-Jahrestagung in Kooperation mit der DECHEMA-Fachgemeinschaft Biotechnologie aufgegriffen. Sie findet vom 30.09.-2.10.2014 in Aachen statt. Den Call for Paper finden Sie unter http://www.processnet.org/jt14. Beteiligen Sie sich dort oder hier im Blog weiterhin mit Ihren Anregungen und Meinungen!

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Themencluster Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse: Effizienzsteigerung mehrphasiger Prozesse für alternative Substrate

Laut Immanuel Kant ist in allen Grenzen auch etwas Positives. Für chemische Prozesse gilt das ganz bestimmt: Hier passiert das Entscheidende häufig an den Grenzen zwischen verschiedenen Phasen, sei es die feste Katalysatoroberfläche und die gelösten Substrate oder die Blasensäule. Wenn immer öfter biotechnologische und chemische Prozesse kombiniert werden, stellt sich auch die Frage nach dem Umgang mit unterschiedlichen Lösungsmitteln immer häufiger. Hier sehen die Experten des Zukunftsworkshops großen Forschungsbedarf: Mehrphasige Prozesse stabil zu führen und die Grenzflächen energieeffizient zu erzeugen ist eine Herausforderung für  Verfahrenstechniker und Apparatebauer. Eine möglichst sinnvolle Integration von Prozessschritten und die prozessangepasste Messtechnik sind außerdem notwendig, um diese faszinierenden Vorgänge möglichst gut einsetzen zu können.

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Themencluster Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse: Optimierungsmaschine: MSR/Sensoren und Chemical Imaging

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Hübsch anzusehen, aber nicht für Inline-Messungen geeignet

Das „Ceterum Censeo“ in den Beiträgen aus dem Themencluster Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse: Wir brauchen eine geeignete Mess- und Regeltechnik, wenn wir die Verfahren effizienter machen möchten. Das reicht vom einzelnen (Inline-)Sensor bis zu Methoden des Chemical Imaging, die zeigen, wo sich in der Anlage zu welchem Zeitpunkt welche Stoffe befinden. Denn die meisten der vorgestellten Trends – von der Mehrphasenreaktion bis zur Flexibilisierung je nach Energieangebot – setzen voraus, dass man den Prozess sehr gut versteht und auch abbilden kann, um in Quasi-Echtzeit steuernd eingreifen zu können. Für die Biotechnologie hat die DECHEMA-Fachgruppe „Messen und Regeln“ vor einiger Zeit aufgelistet, was alles gebraucht wird, um diesen Idealvorstellungen nahezukommen. Wichtig ist die Integration von der Hardware (wie erreicht man, dass der Sensor über lange Zeit stabil misst, auch in rauer Prozessumgebung nicht „erblindet“ und Abweichungen bei der Sensorqualität schnell erkennbar werden) bis zur Datenverarbeitung und Darstellung.

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Themencluster Ressourceneffizienz verfahrenstechnischer Prozesse: Effizienzsteigerung durch Modularisierung und Funktionsintegration

Um Schülern oder anderen interessierten Laien Prozesstechnik zu erklären, verwenden wir ganz gerne das Bild vom Puddingkochen. Darin kommen viele wichtige Operationen vor: Mischen von Schüttgütern, Lösen von Feststoffen, Rühren, Erhitzen, Abkühlen, Umfüllen… Und einige Grundfragen der Prozesstechnik stellen sich schon am heimischen Herd: Kocht man eine große Menge Pudding lieber auf einmal im großen Topf, oder ist es sinnvoller, mehrere kleine Portionen herzustellen, weil sich damit Klümpchen leichter vermeiden lassen? Kann man das Puddingpulver direkt in die heiße Milch einrühren, oder muss es vorher schon aufgelöst werden? Genau die gleichen Fragen stellen sich auch den Experten aus der Industrie: Welche Schritte kann man ohne Qualitätsverlust integrieren? Stellen viele parallele Mikroreaktoren statt eines großen Kessels eine Möglichkeit dar? Statt der Frage nach möglichst wenig Aufwand beim Abwasch geht es hier um mehrere wichtige Faktoren. Gelingt es, den Prozess zu optimieren und möglichst weitgehend auch zu standardisieren, lassen sich nicht nur Investitionskosten sparen. Auch die Produktionszeit kann verkürzt werden. Flexibel einsetzbare Standardmodule für Downstream-Operationen erlauben eine Anpassung der Kapazität, lassen sich aber möglicherweise je nach Bedarf auch für verschiedene Prozesse einsetzen. Und schließlich lässt sich mit Standardmodulen die Produktion vielleicht sogar direkt beim Kunden durchführen – ein wichtiges Argument gerade bei nachwachsenden Rohstoffen oder Reststoffen, die in der Regel dezentral anfallen.

Um dahin zu gelangen, werden prädiktive Methoden benötigt, die vom Molekül bis zum Gesamtprozess die verschiedenen Schritte und ihre Wechselwirkungen erfassen. Und es gehört eine entsprechende Sensorik dazu, die auch mit flexiblen Modulkombinationen einsetzbar ist.

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