Chemische Technik

 

Die Abteilung Chemische Technik schlägt die Brücke zwischen naturwissenschaftlicher Erkenntnis in der chemischen und biotechnologischen Forschung und der praktischen Umsetzung durch die Ingenieurwissenschaften. Damit ist sie ein Kerngebiet der DECHEMA und seit der Gründung ein wichtiges Arbeitsgebiet am Institut.

Die Abteilung ist in fünf eng zusammenarbeitende Teams mit jeweils eigenen Forschungsschwerpunkten unterteilt:

 

Teams

Angewandte Elektrochemie

 Electrochemical_Cell

Die Gesellschaft steht vor großen Herausforderungen bei der zukunftsfähigen Versorgung mit Energie, Wasser und Rohstoffen.

Das Forschungsteam Angewandte Elektrochemie befasst sich mit elektrochemischen Prozessen und Methoden zur Energiespeicherung, Wasseraufbereitung und Rohstoff-(Rück)gewinnung.

Im Bereich der Energiespeicherung stehen Flow-Batterien als flexible und frei skalierbare Technologie im Vordergrund. Hier werden Methoden zum Ladungszustandsmonitoring sowie neue Materialien und Elektrolyte erforscht. Zur Wasseraufbereitung werden unerwünschte Inhaltsstoffe, wie z.B. pharmazeutische Spurenstoffe, durch elektrochemische Oxidation an innovativen Elektrodenmaterialien, wie z.B. bordotierten Diamantelektroden, abgebaut. Für die Rohstoffgewinnung werden Methoden zur Auflösung und Abscheidung von Wertmetallen untersucht.

 

KernkompetenzenRedoxFlowCell1


  • Flow-Batterie-Teststände
  • Ladungszustandsmonitoring
  • Impedanzspektroskopie
  • Spektroelektrochemie
  • Advanced Oxidation Processes

 

 

Energiespeicher und -wandler

Instrumente für den Bau der 26650_32650 zylindrischen Zellen

Das Team Energiespeicher und –wandler widmet sich der Entwicklung & Charakterisierung von Katalysator- bzw. Elektrodenmaterialien für Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseure, angefangen von der Pulversynthese, über die Tinten- bzw. Pastenformulierung und Elektrodenbeschichtung bis hin zum Test in Laborzellen. Unsere Expertise liegt vor allem bei der Entwicklung von aktiven und insbesondere stabilen Kohlenstoffen, Katalysatoren und Interkalationsmaterialien für die PEM & Hochtemperatur-Brennstoffzelle (PEMFC /SOFC), die Aluminium-Ionen- (AIB) & Zink-Ionen-Batterie (ZIB). Seit Kurzem sind die elektrochemische Rückgewinnung von Platin sowie die Identifizierung von Degradationsmechanismen in alkalischen (AEL), sauren (PEMEL) und Hochtemperatur-Wasserelektrolyseuren (HTEL) als neue Forschungsfelder zu nennen. Für F&E-Projekte und die Auftragsforschung verfügen wir über ein breites Spektrum an physico-chemischen Charakterisierungsmethoden sowie elektrochemischen Testständen:

 

Ausgewählte Methoden& Techniken

Synthese von Kohlenstoffen via Soft-Template Routen

  • Katalysatorsynthese mittels Sol-Gel, Hydrothermal & Solid-State bis zu 1 kg pro Batch
  • Pulvercharakterisierung mit BET, Leitfähigkeit, Raman, REM/EDX, TGA, XPS & XRD
  • Elektrodenbeschichtung durch Sprühen, Rakeln, Siebdruck & Kalandrieren
  • Elektrochemische Voltammetrie und Impedanzspekstroskopie in Halb- & Vollzellen
  • Einsatz von chemischen bzw. elektrochemischen beschleunigten Degradationstests
  • Elektrolytanalyse und Evaluierung gelöster Korrosionsrückstände durch IC & ICP-MS
  • Leitfähigkeitsmessungen bei bis zu 1200°C
  • Teststände für Brennstoffzellen (5-25 cm²) und Elektrolyseure (5-1000 W)
  • Bau von Knopf- & zylindrischen Zellen (AA, 26650) im Labormaßstab und Test von Batterien bei bis zu 4,5 kW

Mikrobielle Biotechnologie

 Flower Plate2

Das Ziel des Teams „Mikrobielle Biotechnologie“ ist die Entwicklung von biotechnologischen Produktionsprozessen und dabei insbesondere der maßgeschneiderten Mikroorganismen. Ein Schwerpunkt ist die Optimierung der Zellen hinsichtlich der Kohlenstoff-Flüsse, aber auch der Produkt- und Substrat-Toleranzen oder anderer gewünschter Eigenschaften. Neben rationalen Herangehensweisen mit Hilfe von Gentechnik kommen dabei auch Hochdurchsatz-Screenings sowie gerichtete Evolution zum Einsatz. Ein weiterer Fokus ist die Suche und der Einsatz neuartiger Enzyme, die sowohl aus natürlichen Quellen isoliert oder mittels Protein Engineering erzeugt werden. Besondere Expertise besitzt das Team im Naturstoffgebiet der Terpene, im Bereich der C1-Biotechnologie mit Substraten wie Methanol, Formiat oder CO2 sowie bei der biotechnologischen Herstellung von Fettsäure-Derivaten. Viel Erfahrung besteht zudem in der Herstellung von Mustern biotechnologisch hergestellter Produkte.

 

Ausgewählte MethodenEnzyme Structure

  • Optimierung von Prozessen in Parallel-Fermentationssystemen
  • Kultivierungen und Analysen im Mikrotiterplatten-Maßstab
  • Quantitative Analysen mittels LC-MS/MS
  • Quantitative GC-MS-Analysen mit automatisierter Thermodesorptionseinheit
  • Einzelzell-Analysen und –Selektionen mittels Fluorescence-activated Cell Sorting

 

Photokatalyse

 Photoreactor1

Lichtgetriebene chemische Reaktionen stellen eine nachhaltige Methode für eine Vielzahl von Anwendungen dar und bieten häufig neue Möglichkeiten, welche mittels klassischer Methoden nicht oder nur sehr umständlich erreicht werden können. Beispielsweise können Schadstoffe aus Luft oder Wasser abgebaut, organische Synthesen unter milden Bedingungen durchgeführt, sowie Licht in chemischer Energie zum Beispiel in Form von Wasserstoff oder einer Batterie gespeichert werden. Zudem ermöglicht eine Kombination der Photokatalyse mit biologischen Katalysatoren höchst selektive Reaktionen.

Im Team Photokatalyse arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran neue photonengetriebene Prozesse zu entwickeln und zu verstehen. Das Ziel ist stets die optimale Ausnutzung von Licht als Energiequelle, wobei sowohl and der direkten Nutzung von Sonnenlicht als auch an der effizienten Nutzung künstlicher Lichtquellen geforscht wird. Hierbei stehen neben der Entwicklung neuer Methoden zumeist Intensivierung und Skalierung der Prozesse im Vordergrund.

 

Wireless Light Emitters

 Schwerpunkte der Forschung sind:

 

  • synthetische Photokatalyse
  • Reaktionstechnik und Skalierung
  • Nachhaltige Stoffumwandlung
  • Luft-, Wasser- und Oberflächenreinigung

 

 

 

Nachhaltige Elektrochemie

 Electrochemical Cell

Im Forschungsteam nachhaltige Elektrochemie arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an technischen Lösungen für ein nachhaltiges- Ressourcen und Energiemanagement. Dabei werden sowohl die Erschließung alternativer Rohstoffquellen wie z.B. CO2 als auch eine konsequente und erweiterte Kreislaufführung von Stoff- und Energieströmen und alternative Syntheserouten elektrochemisch adressiert.

Im Fokus stehen Methoden zur elektrochemischen Gasnutzung (z.B. CO2-Reduktion oder CH4-Oxidation), die Entwicklung von Katalysatoren und Elektrolysezellen, Wasseraufbereitung und Analytik sowie die Kombination von elektrochemischen Methoden mit biotechnologischen Verfahren in der Bioelektrochemie.

 

 Schwerpunkte der Forschung sind:EC

  • Katalysatorentwicklung und Elektrodenherstellung
  • Elektrolyse
  • Bioelektrochemische Systeme
  • Mikrobielle Elektrosynthese
  • Gasdiffusionselektroden

 

 

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Abteilungsleiter

PD Dr. Jonathan Bloh

Telefon 069 7564-387

 

Forschungsteams

Angewandte Elektrochemie

Dr. Claudia Weidlich

Telefon 069 7564-633

Energiespeicher und -wandler

Dr.-Ing. Jean-François Drillet

Telefon 069 7564-476

Mikrobielle Biotechnologie

Dr. Markus Buchhaupt

Telefon 069 7564-629

Photokatalyse

PD Dr. Jonathan Bloh

Dr. Bastien Burek

Telefon 069 7564-179

Nachhaltige Elektrochemie

Dr. Markus Stöckl

Telefon 069 7564-642

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