Tailor-Made Fuels from Biomass – Effiziente Bestimmung von Flüssig-flüssig-Gleichgewichten

 

Der Exzellenzcluster - „Tailor-Made Fuels from Biomass“

Das Ziel des Exzellenzclusters Tailor-Made Fuels from Biomass (TMFB) ist die interdisziplinäre Erforschung neuer, auf Biomasse basierender, synthetischer Kraftstoffe und Chemikalien. Hierbei wird eine optimale Kombination aus Auswahl und Einsatz von Produkten und Herstellungskonzepten angestrebt. Möglich wird die umfassende Optimierung durch eine enge Verzahnung von Forschungsprojekten aus den Bereichen der Chemie-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften.

 

Ziel des Projektes

Mehrphasige Systeme sind sowohl für die chemische Industrie als auch in Hinblick auf das Löslichkeitsverhalten neuer Kraftstoffe von zentraler Bedeutung. Da Flüssig-flüssig-Gleichgewichte aufgrund komplexer Wechselwirkungen zwischen den Molekülen auftreten, ist ihre Vorhersage bis heute schwierig. Daher werden experimentelle Daten benötigt. Konventionelle Methoden für die Bestimmung dieser Daten benötigen allerdings lange Versuchszeiten und große Probenvolumina und sind somit nur bedingt für das Screening neuer Systeme geeignet.

  Urheberrecht: © LTT

Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung neuer, effizienter Messmethoden für die Charakterisierung von Flüssig-flüssig-Gleichgewichten. In einem ersten Schritt wurde hierzu eine modellbasierte Robotikplattform aufgebaut, die die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Hochdurchsatzmethoden mit Methoden der modellgestützten experimentellen Analyse kombiniert. Mit Hilfe der Robotikplattform können Flüssig-flüssig-Gleichgewichte vollautomatisiert mittels GC oder HPLC vermessen werden. Um die Anzahl der benötigten Messungen zu minimieren und ihren Informationsgehalt zu maximieren, werden die Versuche modellgestützt geplant. Die so gewonnenen Ergebnisse werden benutzt, um die passenden physikalischen Modelle zu identifizieren und deren Parameter optimal zu schätzen.

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Die verwendeten Standardanalytik-Methoden brauchen allerdings lange Analysezeiten. Im Gegensatz dazu bietet die Raman-Spektroskopie die Möglichkeit einer schnellen in-situ Analyse.

Daher wurde im Rahmen des Projekts ein automatisierter Versuchsaufbau entwickelt, der die Vorteile von Mikrofluidik und Raman-Spektroskopie kombiniert: kurze Diffusionswege im Mikrokanal reduzieren die Zeit für die Gleichgewichtseinstellung und den Probenverbrauch; die Raman-Spektroskopie ermöglicht dabei eine in-situ Konzentrationsbestimmung im Mikrokanal innerhalb weniger Sekunden. Das Messverfahren erlaubt somit die schnelle, nicht-invasive und zuverlässige Messung von Flüssig-flüssig-Gleichgewichten mit kleinen Probenmengen.