Worum es geht – eine kurze Einführung

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Aufzeichnung des Webinars zu Metal-Organic Frameworks

In Zusammenarbeit mit renommierten Experten aus ganz Deutschland hat der ProcessNet-Arbeitskreis „Metallorganische Gerüstverbindungen“ ein Positionspapier zum Stand von Forschung und Technik zu diesem Thema erstellt. Im Webinar fasst Prof. Dr. Stefan Kaskel, TU Dresden, als einer der Autoren die Ergebnisse zusammen (Vortrag in englischer Sprache).

Das Papier zeichnet einen Überblick der deutschen MOF-Landschaft und ihrer aktuellen Forschungsschwerpunkte. Dabei stehen die Anwendungsgebiete Stofftrennung, Energie, Katalyse, Analytik und Sensorik im Vordergrund.

Metallorganische Gerüstverbindungen (engl. Metal-Organic Frameworks, MOFs) sind hochporöse Materialien. Ihr Inneres ist von Hohlräumen und Kanälen durchzogen, die aus anorganischen Knotenpunkten und organischen Bausteinen bestehen. Damit können gezielt Porengröße und chemische Eigenschaften beeinflusst werden. In diesen Poren können Gase beispielsweise gespeichert oder aufgetrennt werden. So können diese Materialien zur Luftreinigung, bei der Synthese von medizinischen Wirkstoffen oder als optische Sensoren eingesetzt werden.

Das Positionspapier kann kostenfrei als pdf-Datei unter www.dechema.de/studien heruntergeladen

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Energiespeicher für die Energiewende: Koordinierungskreis „Chemische Energieforschung“ informiert mit Positionspapier

Grundlagenforschung für neue Speichertechnologien, eine Datenbasis für die wirtschaftliche Bewertung und ein integriertes System für Strom, Wärme und Mobilität. Das sind die Voraussetzungen dafür, dass die Energiewende erfolgreich umgesetzt werden kann. Zu diesem Schluss kommt das neue Positionspapier „Energiespeicher“ des Koordinierungskreises „Chemische Energieforschung“. Experten aus Wissenschaft und Industrie stellen darin den Entwicklungsstand und die Anwendungsfelder der verschiedenen Möglichkeiten zur Energiespeicherung systematisch vor, bewerten Vor- und Nachteile und weisen besonders auf die Verknüpfungsmöglichkeiten hin.

Nicht zuletzt die Kontroverse um die geplanten großen Stromtrassen hat die öffentliche Diskussion darüber angeheizt, wie Strom aus Wind- und Solaranlagen am besten gespeichert und genutzt werden kann. Speichertechnologien für „Strom“, der nicht direkt genutzt wird, reichen von mechanischen Lösungen wie Pumpspeicherwerken, Druckluftspeichern oder großen Schwungrädern über thermische Speicher, die ähnlich arbeiten wie Nachtspeicheröfen, bis hin zur Speicherung in chemischen Grundstoffen. Hierzu zählen Wasserstoff, Methan oder flüssige Kraftstoffe, aus denen chemische Basischemikalien produziert und außerdem weitere Industriezweige mit dem Speichersystem verknüpft werden können. Bei jedem Umwandlungsschritt geht einerseits Energie verloren, andererseits sind die Einsatzmöglichkeiten von Wärme, Wasserstoff oder Methan wiederum vielfältig. Daher ist die Bewertung sinnvoller Speichermöglichkeiten sehr komplex.

In dem Positionspapier, das sieben Wissenschaftsorganisationen und Verbände erarbeitet haben, stellen die Experten detailliert den technologischen Entwicklungsstand und die potentiellen Anwendungsfelder elektrochemischer Speicher wie Batterien, thermische Speicher wie Salze und spezieller Speichermaterialien, z.B. künstliche Wachse, vor. Sie beschreiben auch die Möglichkeiten industrieller Wärmenetze und stofflicher Speicher , zu denen Umwandlungstechnologien wie Elektrolysen, Methanisierung und die klassische Fischer-Tropsch-Synthese gehören. Darüber hinaus analysieren die Fachleute im Einzelnen die Schnittstellen zwischen den Systemen Elektrizität, Wärme, Mobilität und Produktion. Ihr Fazit: Nur eine integrierte Betrachtung ist sinnvoll; neben der weiteren Forschung zu Energiespeichern werden dafür vor allem technische Daten mit ökonomischer Relevanz benötigt. Erst auf dieser Basis lässt sich bewerten, wie der Überschussstrom mit möglichst hoher Wertschöpfung – und damit wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden kann.

Das Positionspapier „Energiespeicher – Der Beitrag der Chemie“ ist zum Download verfügbar unter www.energie-und-chemie.de.

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Bericht über Infotag Zero Liquid Discharge auf process.de

Die Zeitschrift PROCESS berichtet ausführlich über den Infotag, der Anfang Dezember bei der DECHEMA stattgefunden hat. Der Artikel ist online verfügbar.

Ist die abwasserfreie Produktion möglich – und sinnvoll?

http://www.process.vogel.de/wasser_abwasser/articles/480753/

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Neue Quellen für Proteine: Käfer statt Kassler?

Wie können wir den Proteinbedarf einer wachsenden Weltbevölkerung nachhaltig decken? Auch, wenn Überschriften wie „Käfer statt Kassler“ immer ein wenig den Dschungelcamp-Gruselfaktor bedienen – Insekten sind tatsächlich eine wesentliche potenzielle Quelle für Lebens- und Futtermittel.

Krabbeltiere auf dem Teller

Larven der schwarzen Soldatenfliege Hermetia illucens könnten zukünftig auf unserem Speiseplan stehen

Larven der schwarzen Soldatenfliege Hermetia illucens könnten zukünftig auf unserem Speiseplan stehen

Was uns exotisch erscheint, ist in anderen Teilen der Welt gang und gäbe: Mehr als 2 Milliarden Menschen essen Insekten, über 1.900 Arten stehen auf dem menschlichen Speiseplan. Durchschnittlich benötigen Insekten zehn Mal weniger Futter zur Produktion von 1 kg Biomasse als Rinder. Doch es kommt nicht nur auf die Proteinmenge an, die sich erzielen lässt. Auch die Qualität der Proteine spielt für die Ernährung eine wichtige Rolle. Parameter dafür sind zum Beispiel der Gehalt an Schwefel-haltigen Aminosäuren oder die Verdaulichkeit. So sind viele Insekten ernährungsphysiologisch „besser“ als Soja. Pauschal lässt sich die Frage „Grille oder Raupe“ aber nicht beantworten – angesichts der großen Vielfalt von Spezies, ihrer sehr unterschiedlichen Lebens- und Ernährungsgewohnheiten muss jede einzelne Art für sich untersucht werden.

Und wie bereitet man das Räupchen dann zu? Es geht es nicht nur ums Grillen, Räuchern, Backen in der heimischen Küche, sondern auch darum, wie man Proteine am besten industriell aufbereitet, um eine möglichst wertvolle Nährstoffquelle zu erschließen. Das gilt nicht nur für Insekten; die gleiche Frage stellt sich auch für Hülsenfrüchte wie Erbsen oder Bohnen, die neben wertvollen Proteinen unerwünschte Nebenwirkungen für die Verdauung haben können.

Erbsen, Linsen, Bohnen – aus der Mode?

Auch, wenn besonders die Linsen in der Küche gerade eine Renaissance erleben, haben die heimischen Leguminosen in den vergangenen Jahren an Boden verloren. Dabei sind sie wertvolle Proteinquellen. Projekte wie LeguAN beschäftigen sich damit, dem Verbraucher Hülsenfrüchte im wahrsten Sinne des Wortes schmackhaft zu machen. Dazu werden unter anderem neue Angebotsformen erprobt wie etwa Waffeln, aber auch Convenience-Produkte wie Fertigsuppen.

„Hülsenfrüchte“ von Claus Ableiter - Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:H%C3%BClsenfr%C3%BCchte.jpg

„Hülsenfrüchte“ von Claus Ableiter – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über Wikimedia Commons –

Die Kunst der Lebensmitteltechnologen besteht aber nicht nur in neuen Rezepturen, sondern vor allem in zielgenauen Aufschlussverfahren. Wie gelingt es, wertvolle Inhaltsstoffe aus Zellen freizusetzen? Wie kann man Proteine gerade soweit denaturieren oder spalten, dass sie optimal verdaulich werden? Zum Einsatz kommen hier Hochdruckverfahren, Hochspannung oder Ultraschall-Extraktionen. Mit gepulsten elektrischen Feldern lassen sich Zellen aufschließen und Spurenstoffe wie Polyphenole oder Tocopherole freisetzen. Ultraschall unterstützt die Zerstörung von pflanzlichen Zellwänden, so dass Proteine extrahiert werden können.

Hoch raffiniert oder intelligent gemischt

Bei aller Notwendigkeit, schwere Kost leichtverdaulich zu machen, darf man aber auch die Frage stellen, ob der heutige Weg der industriellen Nahrungsmittelproduktion wirklich ideal ist. Da wird unter hohem Energieeinsatz und Materialverlust getrennt, getrocknet und aufbereitet bis zum höchsten Reinheitsgrad – nur um dann diese mühsam gereinigten Komponenten wieder zusammenzumischen. Eine nachhaltigere Alternative könnte es sein, statt auf mehr Reinheit auf mehr Funktionalität zu setzen und mit angereicherten Fraktionen zu arbeiten. Als Beispiel können Weizenproteine mit geringem Glutengehalt gelten; statt Gluten hinterher zuzusetzen, wird eine geringe Menge bei der Fraktionierung toleriert, die die Teigqualität deutlich verbessert.

Ein solcher Ansatz erfordert allerdings ein Umdenken vom derzeitigen Trend zu immer genaueren Angaben über Spurenstoffe in Lebensmitteln, die durch Unverträglichkeiten und Allergien veranlasst sind.

Programm des Infotages “Neue Quellen für Proteine” am 17.11.2014

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Können wir das schaffen? Ja, wir schaffen das!

Bericht über die Podiumsdiskussion bei der ProcessNet-Jahrestagung und DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen am 1.10.2014 in Aachen

Dr. K. Rübberdt und Dr. A. Förster

CC BY-SA 3.0 Jorge Barrios via Wikicommons

CC BY-SA 3.0 Jorge Barrios via Wikicommons

Hand aufs Herz: Sind Sie schon so weit, dass Sie das Wetter auf dem Smartphone nachschauen und nicht mit einem Blick durchs Fenster? Na gut, Sie natürlich nicht, aber Sie kennen bestimmt Menschen, die das (oder Vergleichbares) tun. Wir sind mitten im Übergang zum digitalen Lebensstil. Auch andere globale Entwicklungen beeinflussen uns: Vom Klimawandel zur ubiquitären Intelligenz, vom demografischen Wandel zur Konvergenz von Technologien – wir können uns diesen Trends nicht entziehen. Doch wie können wir sie zumindest gestalten mit den Mitteln, die uns als Verfahrenstechniker und Biotechnologen zur Verfügung stehen? Darüber wurde bei der Podiumsdiskussion im Rahmen der ProcessNet-Jahrestagung und 31. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen lebhaft diskutiert.

Copyright DECHEMA/Mika Volkmann

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Den Rahmen spannte Klaus Burmester von z-punkt mit einem fast schon hektischen Parforce-Ritt durch die Megatrends, der einen schwindeln ließ. Was blieb: Wir bewegen uns zur „Superkonvergenz“ und zum „Open Ecosystem“, was sich auf die Wirtschaft bezieht: eine höhere Durchlässigkeit verschiedener Disziplinen und die Vernetzung von Unternehmen hin zur gemeinsamen Entwicklung von Dienstleistungen. Der Kunde ist dank Echtzeitkommunikation immer nur einen Klick entfernt und erwartet nicht einfache Produkte, sondern Systeminnovationen bis hin zum Business-Ökosystem, in dem er sich bewegt und in dem das Einzelunternehmen aufgeht.

Diesen Kundenwünschen scheint sich niemand entziehen zu können; jedenfalls war das das Fazit von Martin Bertau, der den Themenkomplex Rohstoffe vertrat. Viele Konsumenten wollen alle 6 Monate ein neues Smartphone besitzen und das alte wandert zwangläufig über kurz oder lang auf die Deponie, wo sich die Wertstoffe ansammeln. Eine realistische Antwort darauf ist sicher nicht die Umerziehung des Verbraucherszu weniger Konsum, sondern die Schließung von Rohstoffkreisläufen. Ob diese allerdings ausreicht, die Vision der europäischen Rohstoffautarkie bis 2025 zu erreichen, darf doch bezweifelt werden; selbst wenn genügend Rohstoffe auf den Deponien und Halden liegen sollten, sind sie bisher nicht ausreichend zugänglich oder wegen der hohen Verdünnung nicht wirtschaftlich nutzbar. Den Kopf in den Sand zu stecken ist aber nicht die richtige Herangehensweise. Stattdessen appellierte Martin Bertau an alle im Saal: Lasst uns das Thema gemeinsam voranbringen!

Copyright DECHEMA Mika Volkmann

Copyright DECHEMA Mika Volkmann

Auch bei der Mobilität werden die Menschen sich kaum einschränken wollen. Um Personen und Waren zu transportieren, werden laut Walter Leitner, der für den Themenkomplex Kraftstoffe sprach, Verbrennungsmotoren weiter im Einsatz bleiben. Für sie werden synthetische Kraftstoffe auf regenerativer Basis gebraucht. Wo der Strom nicht in die Mobilität wandert, kann er, wie Georg Markowz darstellte, dazu genutzt werden, chemische (und biotechnologische) Prozesse zu elektrifzieren. Schon bei 20 % erneuerbaren Energien kommt es zu Konflikten zwischen Klein- und Großverbrauchern, unterschiedlichen Erzeugern und Netzbetreibern sowie der Öffentlichkeit. Sollen tatsächlich 80 % der Energie aus Sonne und Wind stammen, wird ein klares Regelwerk gebraucht. Die Chemieindustrie könnte bei der Ausgestaltung der zukünftigen Energieversorgung nach seiner Aussage eine wichtige Rolle spielen, wenn es ihr gelingt, deutlich politischer zu agieren. Technisch kann Elektrifizierung vielerlei bedeuten: von Elektronen als „Mikrobenfutter“ bis zur elektrischen Heizung; dass der Begriff nicht bei jedem sofort ein „aha“ auslöst, zeigte die kurze Umfrage im Saal.

Copyright DECHEMA / Mika Volkmann

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Für das Wassermanagement gelten, wie Gerd Sagawe ausführte, ebenfalls nicht nur technische Anforderungen (die im übrigen Ähnlichkeiten zur Kreislaufwirtschaft aufweisen). Da es sehr stark von regionalen Gegebenheiten bestimmt wird, erfordert es individuelle Lösungen, die auf Wissen und Erfahrungen beruhen. Um alle Herausforderungen gut lösen zu können, ist istein Wissenserhalt auf internationaler Ebene und in global agierenden Unternehmen notwendig, was eine spezifische Personalentwicklung und einen entsprechend globalen Personalaustausch voraussetzt. Und kommt hier nicht schon wieder der Megatrend demografischer Wandel ins Spiel?

Erst einmal steigen die Bevölkerungszahlen global aber noch etwas an – auf 9 bis 10 Mrd Menschen bis 2050, wie Thomas Hirth ausführte. Sie werden etwa dreimal soviel Energie und Rohstoffe brauchen wie heute. Dafür wird die Bioökonomie benötigt, aber auch mehr Ressourceneffizienz. Deutschland hat als Exportland ein elementares Interesse an einer stabilen globalen Wirtschaft, nach Energie- und Rohstoffversorgung. Deshalb müssen wir dazu beitragen, entsprechende Modelle zu entwickeln. Prozessentwicklung und Fachkräfte sind dafürebenso Voraussetzung wie ein begleitender gesellschaftlicher Diskurs, um Fehlentwicklungen zu vermeiden.

Copyright DECHEMA / Mika Volkmann

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Wir werden uns in Zukunft nicht nur auf einen Rohstoff wie Kohle, Erdöl oder Biomasse als Motor unserer Wirtschaft verlassen können, sondern müssen uns auf eine Rohstoffflexibilisierung einstellen. Um diesen Wandel in den kommenden Jahren erfolgreich hinzubekommen, bedarf es einer parallelen Entwicklung zu flexibleren Prozessen, die den gewachsenen Anforderungen standhalten können. Schaffen wir das? war eine Frage, die sich die Teilnehmer stellten. Ja, wir schaffen das, war die Meinung aller Podiumsteilnehmer – aber nur, wenn Biotechnologie und Verfahrenstechnik gemeinsam an den Lösungen arbeiten und wir die Themen Rohstoffversorgung, Mobilität, Energie, Wasser und Ressourceneffizienz nicht isoliert betrachten, sondern ganzheitliche Lösungen suchen.

Das Bewusstsein unter den Experten ist da, dass die Biotechnologie und die Chemische Technik Lösungen für die großen Herausforderungen der Menschheit liefern können. Das Selbstbewusstsein, dieses auch öffentlich laut zu kommunizieren, ist aber nicht ausreichend vorhanden. Der Schlussappell der beiden Moderatoren Kurt Wagemann und Roland Ulber an alle Podiumsteilnehmer und Zuhörer war deshalb klar: Wir müssen zusammenarbeiten, wenn wir die ambitionierten Ziele erreichen wollen und wir müssen unsere Lösungskompetenz besser kommunizieren!

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