Forschung

Forschungsthema:

Elektrochemischer Wirbelbettreaktor für elektroenzymatische Synthesen unter Einsatz einer Gasphase – Modellierung, Scale-up und in-line Prozessüberwachung

Beschreibung:

Um die Ziele für eine nachhaltige Entwicklung zu erreichen, sind neue Technologien notwendig. Die Elektrobiotechnologie bietet durch die Verbindung der Vorteile der Elektrochemie und de Biotechnologie hier viele Möglichkeiten. Jedoch bestehen bis zum heutigen Zeitpunkt hauptsächlich elektrobiotechnologische Prozesse im Labormaßstab. Skalierbare Reaktorsysteme können dies ändern und dadurch die Übertragung vom Labor in den industriellen Maßstab ermöglichen. Forschungsschwerpunkte bei der Weiterentwicklung von Laborprozessen sind dabei z. B. Hochskalierung, Integration in bestehende Anlagensysteme, Optimierung des Biokatalysators sowie des Elektrodenmaterials und die Architektur der Reaktoren.

Von Interesse sind dabei skalierbaren Reaktorsystem unter der Verwendung von Partikelelektroden. Partikelelektroden zählen zu den sogenannten 3D-Elektroden und bieten einen vielversprechenden Ansatz für die Skalierung. Sie besteht aus einer Schüttung leitfähiger Elektrodenpartikel (z. B. Graphit) und haben eine großes Elektrodenflächen-Lösungs-Verhältnis. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass bereits niedrige Eduktkonzentrationen für den Prozess ausreichen. Klassischen werden Partikelelektroden als Festbett- oder Wirbelbettelektroden eingesetzt. Wirbelbettelektroden haben hierbei zusätzlich den Vorteil, dass sie sehr gute Wärme und Stofftransporteigenschaften besitzen.

Ziel des Forschungsprojektes ist die Entwicklung, Charakterisierung und exemplarische Anwendung eines skalierbaren Wirbelschichtreaktors für die elektrochemische Synthese. Als Grundlage des Reaktors dient ein zuvor in House entwickeltes Reaktorsystem, welches hochskaliert und in ein drei Phasensystem überführt wird. Anhand von elektroenzymatischen Modelreaktionen soll das System charakterisiert und optimiert werden. Für die Reaktion wird elektrochemisch erzeugtes Wasserstoffperoxid als Co-Substrat die unspezifische Peroxygenase verwendet, die eine Hydroxylierungsreaktion katalysiert. Zusätzlich soll durch die Integration von Online Analytik das Prozessverständnis vertieft werden und Limitierungen durch Modellierung aufgezeigt werden. Für die Entwicklung der Reaktorprototypen wird 3D-Druck als Methode eingesetzt.

Abschlussarbeiten:

Bei Interesse an Bachelor- und Masterarbeiten könnt Ihr mir gerne eine E-Mail schreiben. Die Themenstellungen können biotechnologische, verfahrenstechnische oder elektrochemische Schwerpunkte haben.