{"id":237524,"date":"2020-08-12T17:00:00","date_gmt":"2020-08-12T15:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/innovationorigins.com\/?p=237524"},"modified":"2020-08-12T17:00:00","modified_gmt":"2020-08-12T15:00:00","slug":"alkoholherstellung-kunftig-mit-porosen-flussigkeiten-als-membran-anstatt-destillation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/alkoholherstellung-kunftig-mit-porosen-flussigkeiten-als-membran-anstatt-destillation\/","title":{"rendered":"Alkoholherstellung k\u00fcnftig mit por\u00f6sen Fl\u00fcssigkeiten als Membran anstatt Destillation?"},"content":{"rendered":"\n

Bei der Destillation <\/strong>werden, vereinfacht gesagt, Fl\u00fcssigkeiten mittels eines thermischen Verfahrens voneinander getrennt.  So lassen sich beispielsweise verdampfbare Fl\u00fcssigkeiten gewinnen. Man kann aber auch L\u00f6sungsmittel von schwer verdampfbaren Stoffen trennen und durch Kondensation wieder auffangen. Dieses traditionelle Verfahren ist zwar sehr effektiv, aber auch energieaufwendig.

Am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie<\/a> <\/strong>(KIT) haben Wissenschaftler nun ein Verfahren entwickelt, das die Destillation \u00fcberfl\u00fcssig machen k\u00f6nnte. Mit neuen \u201epor\u00f6sen Fl\u00fcssigkeiten\u201c. Dabei schweben in einem L\u00f6semittel Nanoteilchen, die Gasmolek\u00fcle verschiedener Gr\u00f6\u00dfen voneinander trennen. Das geschieht, indem leere Poren in den Teilchen \u00d6ffnungen besitzen, in die nur Molek\u00fcle einer bestimmten Gr\u00f6\u00dfe eindringen k\u00f6nnen. Gr\u00f6\u00dfere Molek\u00fcle blieben drau\u00dfen und werden so von den kleineren getrennt. Eingesetzt werden k\u00f6nnten die por\u00f6sen Fl\u00fcssigkeiten direkt, erkl\u00e4ren die Forscher, sie k\u00f6nnten aber auch zu Membranen verarbeitet werden, \u201edie Propen als Ausgangsstoff f\u00fcr den weit verbreiteten Kunststoff Polypropylen effizient aus Gasgemischen trennen\u201c.

<\/strong>Propen wird vor allem bei der Aufbereitung von Roh\u00f6l oder nat\u00fcrlichem Erdgas gewonnen, indem es durch Destillation von anderen Gasen separiert und gereinigt wird. In der chemischen Industrie sind Propen einer der wichtigsten Grundstoffe zur Herstellung von Polypropylen. Dieser Kunststoff wird vor allem f\u00fcr Verpackungsmaterialien und in der Bau- oder Automobilbranche eingesetzt.<\/p>\n\n\n\n

Weniger Treibhausgase durch ein F\u00fcnftel an Energieverbrauch<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

\u201eIn der Fachliteratur geht man davon aus, dass die Gastrennung in der Petrochemie mit Hilfe von Membranen nur ein F\u00fcnftel der Energie kosten w\u00fcrde, die f\u00fcr Destillationen ben\u00f6tigt wird\u201c, sagt Nachwuchsgruppenleiter Dr. Alexander Knebel vom Institut f\u00fcr Funktionelle Grenzfl\u00e4chendes KIT, der bis 2019 an der Leibniz Universit\u00e4t Hannover und in Saudi-Arabien forschte. \u201eDas bedeutet angesichts des hohen Propen-Bedarfs eine Einsparung riesiger Mengen des Treibhausgases CO2.\u201c Insbesondere die petrochemische Industrie k\u00f6nnte also davon profitieren, wenn sie f\u00fcr die Abtrennung von Propen auf Membranen setzt anstatt auf Destillation. Bei den von Knebel und seinen Kollegen durchgef\u00fchrten Studien war die Durchflussrate bei den neuen Membranen mindestens dreimal so hoch wie bei bisherigen Materialien.<\/p>\n\n\n\n

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Das por\u00f6se Netzwerk von ZIF-67: Die Metallzentren aus Kobalt (Pyramiden) sind \u00fcber Methylimidazolat (St\u00e4bchen und Ringe) miteinander verbunden. (Grafik: R. Ahmad)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Ausgangsbasis der Forschung war das feste Material ZIF-67 (zeolitic imidazole framework). Dessen Atome bilden ein Metall-Organisches Netzwerk mit 0,34 Nanometer breiten Poren\u00f6ffnungen. Indem sie Nanopartikel von ZIF-67 gezielt an der Oberfl\u00e4che ver\u00e4nderten, gelang es den Forschern erstmals, \u201eein Metall-Organisches Netzwerk in Fl\u00fcssigkeiten wie Cyclohexan, Cyclooctan oder Mesitylen fein zu verteilen, also zu dispergieren.\u201c Die entstandene Dispersion nennen die Wissenschaftler por\u00f6se Fl\u00fcssigkeit.

F\u00fcr den Weg durch eine S\u00e4ule, die mit der por\u00f6sen Fl\u00fcssigkeit gef\u00fcllt ist, brauche gasf\u00f6rmiges Propen deutlich l\u00e4nger als beispielsweise Methan, erkl\u00e4rt Knebel. Denn Propen werde in den Poren der Nanopartikel gleichsam festgehalten, die kleineren Methanmolek\u00fcle hingegen nicht. \u201eDiese Eigenschaft der Dispersion wollen wir k\u00fcnftig ausnutzen, um fl\u00fcssige Trennmembranen zu erzeugen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Reinheitsgrad von mindestens 99,9 Prozent<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Mit den por\u00f6sen Fl\u00fcssigkeiten lassen sich laut Aussagen der Forscher auch feste Trennmembranen mit besonders vorteilhaften Eigenschaften produzieren: Beispielsweise Membranen aus einem Kunststoff und dem chemisch modifizierten ZIF-67. Hier gelang es dem Team, den Anteil an modifiziertem ZIF-67 in der Membran bis auf 47,5 Prozent erh\u00f6hen, ohne dass diese mechanisch instabil wurde. Bei einer Gasmischung aus gleichen Teilen Propen und Propan, die \u00fcber zwei hintereinandergeschaltete Membranen geleitet wurde, war das Ergebnis Propen mit einem Reinheitsgrad von mindestens 99,9 Prozent, \u201eobwohl sich die beiden Gasmolek\u00fcle nur um 0,2 Nanometer in ihrer Gr\u00f6\u00dfe unterscheiden\u201c.

Entscheidend f\u00fcr die Leistungsf\u00e4higkeit der Membranen sei es, dass m\u00f6glichst viele Metall-Organische Partikel einheitlich im Kunststoff verteilt werden k\u00f6nnten und dass die Poren in den Nanopartikeln bei der Membranherstellung nicht durch L\u00f6semittel verstopft seien, d.h. leer bleiben. \u201eBeides konnten wir erreichen, weil wir nicht direkt feste Partikel in die Membran eingearbeitet haben, sondern den scheinbaren Umweg \u00fcber die por\u00f6sen Fl\u00fcssigkeiten gegangen sind\u201c, erl\u00e4utert Knebel.<\/p>\n\n\n\n

Schnaps oder Desinfektion?<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Das neue Verfahren eignet sich jedoch nicht nur f\u00fcr die Petrochemie. Es kann auch bei der Herstellung von Alkohol angewendet werden. Generell k\u00f6nnte man die Destillation auch hier ersetzen, sagt Knebel. \u201ePrinzipiell w\u00e4re das m\u00f6glich. Vermutlich [w\u00fcrde es] in einer Polymermembran eingesetzt, nicht direkt als por\u00f6se Fl\u00fcssigkeit. Und der Prozess w\u00fcrde sich dann nicht Permeation sondern Pervaporation nennen.\u201c

Bei alkoholischen Getr\u00e4nken wie Gin, Rum oder dergleichen sieht der Forscher jedoch eine Schwierigkeit. \u201eProblematisch sehe ich da, dass man ja Fusel\u00f6le und leichtfl\u00fcchtige Bestandteile zu einem gewissen Teil f\u00fcr den Geschmack\/Geruch haben m\u00f6chte, was nur in der Destillation der Fall ist\u201c, erkl\u00e4rt er. \u201eDie w\u00e4ren bei Membrandestillation dort komplett raus und man h\u00e4tte als Produkt sehr reinen Alkohol.\u201c Das sei aber \u201eauch sch\u00f6n\u201c, wenn man zum Beispiel Desinfektion herstellen will. \u201eDie Energieeinsparungen w\u00e4ren \u00e4hnlich gut wie in der Gasseparation.\u201c

Knebel und seine Kollegen der Leibniz Universit\u00e4t Hannover<\/a>, der King Abdullah University of Science and Technology<\/a> und des Deutschen Instituts f\u00fcr Kautschuktechnologie<\/a> berichteten \u00fcber die Ergebnisse ihrer Forschung im Fachmagazin Nature Materials<\/em><\/a>. 

<\/strong>Titelbild:<\/strong> Por\u00f6se Fl\u00fcssigkeiten als Membran: Mit diesem Verfahren k\u00f6nnten sich in der Kunststoffindustrie enorme Mengen Energie und damit CO2<\/sub> einsparen lassen. (Foto: Alexander Knebel, KIT)<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Bei der Destillation werden, vereinfacht gesagt, Fl\u00fcssigkeiten mittels eines thermischen Verfahrens voneinander getrennt.  So lassen sich beispielsweise verdampfbare Fl\u00fcssigkeiten gewinnen. Man kann aber auch L\u00f6sungsmittel von schwer verdampfbaren Stoffen trennen und durch Kondensation wieder auffangen. Dieses traditionelle Verfahren ist zwar sehr effektiv, aber auch energieaufwendig. Am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie (KIT) haben Wissenschaftler nun ein […]<\/p>\n","protected":false},"author":1660,"featured_media":519147,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"advgb_blocks_editor_width":"","advgb_blocks_columns_visual_guide":"","footnotes":""},"categories":[25213],"tags":[53587,29744,31322,37258,53590,53593],"location":[24328],"article_type":[],"serie":[],"archives":[],"internal_archives":[],"reboot-archive":[],"class_list":["post-237524","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-nachhaltigkeit-de","tag-destillation-de","tag-karlsruher-institut-fur-technologie-de","tag-kit-de","tag-kunststoff-de","tag-polypropylen-de","tag-porose-flussigkeiten-de","location-deutschland"],"blocksy_meta":[],"acf":{"subtitle":"Ein Forscher des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT) hat gemeinsam mit Partnern \u201epor\u00f6se Fl\u00fcssigkeiten\u201c entwickelt, die die energieaufwendige Destillation ersetzen k\u00f6nnten.","text_display_homepage":false},"author_meta":{"display_name":"Petra Wiesmayer","author_link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/author\/petra-wiesmayer\/"},"featured_img":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-content\/uploads\/2020\/08\/2020_067_Effiziente-Gastrennung-dank-poroeser-Fluessigkeiten_1-300x300.jpg","coauthors":[],"tax_additional":{"categories":{"linked":["Nachhaltigkeit<\/a>"],"unlinked":["Nachhaltigkeit<\/span>"]},"tags":{"linked":["Destillation<\/a>","Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie<\/a>","KIT<\/a>","Kunststoff<\/a>","Polypropylen<\/a>","por\u00f6se Fl\u00fcssigkeiten<\/a>"],"unlinked":["Destillation<\/span>","Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie<\/span>","KIT<\/span>","Kunststoff<\/span>","Polypropylen<\/span>","por\u00f6se Fl\u00fcssigkeiten<\/span>"]}},"comment_count":"0","relative_dates":{"created":"Posted 6 years ago","modified":"Updated 6 years ago"},"absolute_dates":{"created":"Posted on August 12, 2020","modified":"Updated on August 12, 2020"},"absolute_dates_time":{"created":"Posted on August 12, 2020 5:00 pm","modified":"Updated on August 12, 2020 5:00 pm"},"featured_img_caption":"","series_order":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/237524","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1660"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=237524"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/237524\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media\/519147"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=237524"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=237524"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=237524"},{"taxonomy":"location","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/location?post=237524"},{"taxonomy":"article_type","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/article_type?post=237524"},{"taxonomy":"serie","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/serie?post=237524"},{"taxonomy":"archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/archives?post=237524"},{"taxonomy":"internal_archives","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/internal_archives?post=237524"},{"taxonomy":"reboot-archive","embeddable":true,"href":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/wp-json\/wp\/v2\/reboot-archive?post=237524"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}