- Fraunhofer IKTS

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KERAMISCHE TECHNOLOGIEN UND SYSTEME IKTS
GESCHÄFTSFELD
UMWELT- UND
VERFAHRENSTECHNIK
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UMWELT- UND
VERFAHRENSTECHNIK
I m Ge sc hä f t sf e ld » U m we l t- u n d Ve rfa h re n s te c hni k« bi etet das F raunhofer I KTS Werks toffe, Tec hnologien
u nd S y st e m e , die d i e U m wa n d l u n g vo n S to ffen und Energi e s i c her, effi z i ent, umwel t- und kl i mas c honend
g es t a lt e n. Im Mit te l p u n k t s te h e n d a b e i P ro z es s e i m Berei c h konv enti onel l er und Bi oenergi en, Strategien
u nd Ve r f a hre n z u r Wa s s e r- u n d Lu ftre i n h a l tu ng s owi e z ur Rüc kgewi nnung v on werthal ti gen Rohs to ff en
aus Reststoffen. Keramische Technologien ermöglichen neue Reaktorkonzepte für die chemische Industrie.
Das Fraunhofer IKTS gehört zu den weltweit führenden
Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Stofftrenntechnik unter Verwendung keramischer Materialien. Werkstoff-,
Technologie- und Verfahrensexpertise greifen ineinander und
ermöglichen so komplexe verfahrenstechnische Systeme für
energieeffiziente Trennverfahren, chemische Umsetzung und
Wertstoffrückgewinnung. Keramische Membranen, Filter,
Adsorbenzien und Katalysatoren des Fraunhofer IKTS spielen
eine zentrale Rolle bei Prozessen der Gasaufbereitung und
Wasserbehandlung. Zudem werden keramische Membran-
elektrochemische und thermomechanische Kenngrößen
verfahren mit innovativen Werkstoffen zu neuen Reaktor-
für die Stofftransportvorgänge und Reaktionen modelliert,
konzepten kombiniert.
validiert und optimiert. Mit umfangreichen Laboren, Technika
und den Applikationszentren für Membrantechnologie und
Das Wissen um die Prozesstechnik zur Zerkleinerung, zum
Bioenergie verfügt das Geschäftsfeld über eine ausgezeichnete
Aufschluss und Mischen biogener Substrate stellt eine weitere
Infrastruktur, um Projekte verschiedenster Umfänge und
Kernkompetenz des Fraunhofer IKTS im Bereich der biochemi-
Skalen realisieren zu können. Die Ergebnisse fließen direkt in
schen und thermochemischen Biomassekonversion dar.
Demonstrationsanlagen ein, die beim Kunden errichtet und
In zahlreichen Labor- und Pilotanlagen werden fluidische,
durch das Fraunhofer IKTS betreut werden können.
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ANWENDUNGSBEREICHE
Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung
Verbrennung mit einem O2/CO2-Gemisch an Stelle von Luft ein
Die Wasserreinhaltung insbesondere durch Abwasserreinigung
(CCU – Carbon Capture and Use) oder durch Sequestrierung
ist ein zentrales Anliegen des Umweltschutzes. Hierbei
(CCS – Carbon Capture and Storage) unschädlich gemacht
konzentriert sich das Fraunhofer IKTS auf chemie- und
werden kann. Darüber hinaus arbeitet das Fraunhofer IKTS an
biologiefreie Verfahren und integrierte Reaktorsysteme für
selbstverdichtenden Verbrennungsprozessen unter Verwen-
die Behandlung von Ab- und Prozesswässern. Mit Hilfe von
dung von Sauerstoffspeichern.
reines CO2-Abgas erzeugen, das entweder stofflich genutzt
keramischen Membranen oder elektrochemischen und photokatalytischen Oxidationsverfahren lassen sich so Trinkwasser,
Abgasnachbehandlung und Gasaufbereitung
kommunale und industrielle Prozesswässer, Bergbauwässer
oder Geothermie-Tiefenwässer aufbereiten.
Viele technische Prozesse erzeugen Gasgemische, die
gesundheits- und umweltschädliche Partikel (Feinstaub) und
Sauerstoffgewinnung und -nutzung
gasförmige Schadkomponenten enthalten. Für die Heißgasentstaubung und Partikelfiltration bietet das Fraunhofer IKTS
In vielen Verbrennungs- und Oxidationsprozessen kann die
offenporige, zellulare keramische Formkörper und Membranen
Effizienz durch die Zuführung von Sauerstoff gesteigert
an. Nanoporöse Membranen erlauben beispielsweise die
werden. Um Sauerstoff kostengünstig zu gewinnen, entwi-
Abtrennung von Einzelkomponenten aus Gasgemischen. Einen
ckelt das Fraunhofer IKTS sauerstoffselektive Membranen
weiteren Schwerpunkt bilden keramische Katalysatorträger
und darauf aufbauend Sauerstoffgeneratoren. Durch den
und Katalysatoren für die Abgasreinigung. Als Alternative zu
höheren Wirkungsgrad in der Verbrennung verringert sich
Edelmetallen weisen keramische Katalysatoren eine höhere
der Verbrauch an fossilen Energieträgern und somit die CO2-
thermische Stabilität auf. Außerdem tolerieren sie übliche, für
Emission. Im Oxycoal- bzw. Oxyfuel-Verfahren lässt sich durch
Edelmetalle kritische Katalysatorgifte, wesentlich besser.
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Chemie und Elektrochemie
Biotechnologische Prozesse
Stofftrennungen mit langlebigen keramischen Membranen
Das Fraunhofer IKTS liefert eine breite Palette an verfahrens-
sind energieeffizient und damit oft wirtschaftlicher als
technischen Lösungen für Bioenergietechnologien wie Des-
thermische Trenntechniken, Extraktions- und Adsorptions-
integrations-, Misch- und Rührprozesse, um unter anderem
verfahren, die in der chemischen Verfahrenstechnik häufig
auch lignocellulosehaltige Substrate für die Biogaserzeugung
eingesetzt werden. Mit Membranen reduziert sich der Einsatz
einsetzen zu können. Die Aufbereitung von Biogas wird
von Chemikalien zur Regenerierung von Adsorbenzien
mittels adsorptiven und Membranverfahren für die Methan-
oder Extraktionsmitteln. In der Reaktionstechnik lassen sich
anreicherung, Biogastrocknung, Nährstoffrückgewinnung und
mit keramischen Membranen Edukte gezielt dosieren und
Prozesswasseraufbereitung optimiert. Bei der Herstellung von
Produkte entfernen. Hier befasst sich das Fraunhofer IKTS
Bioethanol setzt das Fraunhofer IKTS bei der Verzuckerung,
mit katalytisch aktiven Membranen und kombiniert diese mit
Entwässerung oder Substrataufbereitung auf organophile
Katalysatoren im Membranreaktor bzw. Membrankontaktor.
Pervaporations- und Ultrafiltrationsmembranen. Viele dieser
äußerst effizienten Verfahren können auch auf andere
Flüssige Kraftstoffe werden aufgrund ihrer hohen Energie-
biotechnologische Gewinnungs- und Aufbereitungsprozesse
dichte und einfachen Speicherung kurz- und mittelfristig
übertragen werden.
ihre Bedeutung für die Mobilität behalten. Das Fraunhofer
IKTS zeigt Wege auf, Erdöl als Basis der Kraftstoffherstellung
abzulösen und alternative kohlenstoffhaltige Rohstoffe und
Verbindungen zu nutzen. Dazu gehören Katalysatorsysteme
sowie verfahrenstechnische Prozesse und Anlagen für die
Kraft- und Wertstoffherstellung mit Hilfe von chemischen
Synthesen wie beispielsweise der Fischer-Tropsch-Synthese
und unter Einbeziehung von Wasserstofftechnologien.
Mit einer leistungsfähigen Modellierung und Simulation
werden neue reaktionstechnische Konzepte entworfen und
angeboten.
1 Keramische Membranen in
verschiedenen Rohrgeometrien.
Technische Elektrochemie am Fraunhofer IKTS bedeutet,
2 Keramikkatalysator für die
dass ausgehend von einem exzellenten Verständnis
Abgasnachbehandlung.
elektrochemischer Elementarprozesse und des technischen
3 Einsetzen von sauerstoff-
Reaktorbaus moderne Verfahren, Elektroden und Zellen für
selektiven Membranen in einen
die Abwasserreinigung, Schadstoffsanierung sowie Wert-
Sauerstoffgenerator.
stoffrückgewinnung entstehen.
4 Tomographiereaktor zur
Bewertung von Misch- und
Rührprozessen.
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KOMPETENZEN UND INFRASTRUKTUR
Keramische Membranen
Infrastruktur
- Poröse keramische Träger in Rohr- und Scheibengeometrie
- Poröse keramische Membranen von makroporös bis nanoporös
- Teststände zum Prüfen von
- Dichte, leitfähige und gemischtleitfähige Membranen
Membranen, Filtern, Adsor-
- Mustermembranen im technischen Maßstab
benzien und Katalysatoren
- ATEX-konforme Membran-
Poröse und zelluläre Keramiken
- Kornkeramiken und Extrudate mit engen Porengrößenverteilungen
lagen für Lösemittelfiltration und -dampfpermeation
- Offenzellige Schaumkeramiken mit hohen Porenvolumina > 90 %
- Mobile Anlagen für
Adsorbenzien und Speichermaterialien
- Applikationszentrum
Versuche beim Kunden
- Schicht- und Gerüstsilikate auf Basis natürlicher Rohstoffe
- Synthese von Zeolithen und Mischoxiden
Membrantechnik
- Applikationszentrum
Bioenergie
Katalysatoren und Katalysatorträger
- Katalysatorentwicklung, -screening, -herstellung und -charakterisierung
- Katalytische Membranen
Membranverfahrenstechnik (Flüssigfiltration, Gastrennung) und Partikelfiltration
- Membran- und Filterprüfung im Labor- und Technikumsmaßstab
- Entwicklung und Prototypenbau von Anlagen
- Verfahrensauslegung und Pilotierung
Prozesstechnik für Zerkleinerung, Aufschluss und Mischen biogener Substrate
- Innovative Verfahrensentwicklung und -auslegung zur Biomassebehandlung
- Prozesse zur Erzeugung fester, flüssiger und gasförmiger Energieträger
- Engineering von Biogasanlagen unter Verwendung innovativer Verfahrensschritte
Chemische Verfahrenstechnik
- Modellierung, Validierung und Optimierung von Stofftransport und Reaktion
- Entwicklung und Optimierung katalytischer Prozesse
- Automatisierung von verfahrenstechnischen Systemen
Elektrochemie
- Elektrochemische Wasserreinigung und Wasserdesinfektion
- Wertstoffrückgewinnung aus Abwasser
5 10 m³-Biogas-Pilotanlage.
KURZPORTRÄT DES
FRAUNHOFER IKTS
KONTAKT
Geschäftsfeld
Umwelt- und
Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwen-
Verfahrenstechnik
dungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden
und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut
Dr. Ingolf Voigt
Europas.
Fraunhofer-Institut für
Keramische Technologien
Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne
und Systeme IKTS,
keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie
Institutsteil Hermsdorf
prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaß-
Michael-Faraday-Straße 1,
stab. Das Institut arbeitet in acht marktorientierten Geschäftsfeldern, um keramische
07629 Hermsdorf
Technologien und Komponenten für neue Branchen, neue Produktideen und neue Märkte
Tel. +49 36601 9301-2618
jenseits der klassischen Einsatzgebiete zu demonstrieren und zu qualifizieren. Dazu gehö-
ingolf.voigt@
ren keramische Werkstoffe und Verfahren, Maschinenbau und Fahrzeugtechnik, Elektronik
ikts.fraunhofer.de
und Mikrosysteme, Energie, Umwelt- und Verfahrenstechnik, Bio- und Medizintechnik,
Optik sowie die Material- und Prozessanalyse.
Der Institutsteil Materialdiagnostik erweitert das Forschungsportfolio um die Kompetenzen
Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektromagnetik, Optik, Mikroskopie und Strahltechnik tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung
von Produkten und Anlagen bei.
ww w. i kts. frau n h o f e r.d e
T I T E L B I L D Technikum zur
Erprobung von keramischen
Membranen für die Reinigung
und Aufbereitung von Wasser,
Lösemitteln und Gasgemischen.

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