Projekt

Titel: "Entwicklung, Integration und Optimierung eines Membran-Trennverfahrens zur umweltfreundlichen Reduzierung des Energieverbrauchs im Hochdruck-Extraktionsprozess mit überkritischem CO2"

Einführung

Der Einsatz der Hochdruckextraktion (HDE) mit überkritischen Fluiden als Lösungsmittel ermöglicht bei vielen Trennproblemen die Umwelt und Produkt schonende Abtrennung des Wertstoffes. Die HDE wird u. a. in folgenden Industriebereichen als Trennverfahren erfolgreich eingesetzt: Umwelttechnik, Lebensmitteltechnologie, Polymerchemie, Pharmazie und Erdölchemie. Wegen seiner vielen Eigenschaften wird häufig das verdichtete Kohlendioxid (CO2) als Lösungsmittel in HDE-Prozessen eingesetzt. Der kritische Punkt des Kohlendioxids liegt bei einer für Naturstoffe substanzverträglichen Temperatur von 31 °C und einem relativ niedrigen Druck von 74 bar.

In herkömmlichen Verfahren erfolgt die Abtrennung des gewonnenen Extraktes vom Lösungsmittel CO2 im Allgemeinen durch die Entspannung des beladenen Gases von überkritischen Extraktionsbedingungen auf unterkritische Abscheidebedingungen. Das CO2 verliert hierbei fast vollständig sein Lösevermögen. Durch die Entspannung verliert das CO2 aber auch einen großen Teil seiner Energie und muss deshalb durch Zuführung von Kompressionsarbeit wieder auf überkritische Extraktionsbedingungen gebracht werden.

Dieser relativ hohe Energieaufwand ist der Grund, warum dieses viel versprechende Trennverfahren in zahlreichen Anwendungsbereichen den großen Durchbruch noch nicht geschafft hat.

Gegenstand der Forschung

Daher ist der Gegenstand der Forschung die Entwicklung, Integration und Optimierung eines Membrantrennprozesses direkt in den CO2-Kreislauf unter überkritischen Prozessbedingungen. Die Idee dabei ist, das in CO2 gelöste Extrakt nicht durch Entspannung des Lösungsmittels abzutrennen, sondern durch den integrierten Membran-Trennprozess. Dadurch würde der Energieaufwand erheblich reduziert und der gesamte Prozess würde umweltfreundlicher und deutlich kostengünstiger.

Eigene Untersuchungen, sowie die Untersuchungen anderer Gruppen zeigen jedoch, dass herkömmliche organische Polymer-Membranen den Bedingungen von überkritischem CO2 nicht Stand halten. Membranen, die eine keramische Grundstruktur aufweisen, sind dagegen unter den vorliegenden Bedingungen nach bisherigen Kenntnissen stabil.

Mit den Untersuchungen wird für die Membrantechnik ein Bereich erschlossen, der bisher nur im Labormaßstab und auch dort nur in geringem Umfang untersucht wurde. An einer Pilot-Anlage wird unter anwendungstechnischen Gesichtspunkten die Extraktion mit überkritischen Lösemitteln um einen Membran-Trennprozess erweitert.