Forschung
Forschung und Entwicklung sind zentrale Bestandteile unserer Arbeit. In verschiedenen öffentlich geförderten Projekten arbeiten wir an zukunftsweisenden Technologien, neuen Lösungsansätzen und nachhaltigen Innovationen. Die Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie sowie die Unterstützung durch Förderprogramme ermöglichen es uns, Ideen schneller in marktfähige Anwendungen zu überführen.
Hier geben wir Ihnen einen Einblick in unsere aktuellen und abgeschlossenen Förderprojekte – und zeigen, wie wir gemeinsam Fortschritt gestalten.
Methanabbau in industrieller Abluft
Elektrochemische Nachbehandlung von Bio-Urindünger für die Lebensmittelproduktion
Innovationspreis Thüringen 2024
RUBIN PhoTech
Wiederverwendung von Ausbauasphalt in dicken Asphaltschichten
Entwicklung energieautarker Systeme für die Grundwasserreinigung mittels kombinierten AOP Verfahren
Abwassertrennung für Wasser- & Energierückgewinnung
Photokatalytischer Abbau von Mikroschadstoffen als 4. Reinigungsstufe in Kläranlagenabläufen
Entwicklung einer neuartigen Technik / Verfahren zur Beseitigung von Naphthalin und naphthalinähnlichen Verbindungen in belasteter Raumluft
Methanabbau in industrieller Abluft durch innovative Kombination von Gaswäschern mit photokatalytischen Reaktoren
Durch die innovative Kombination von neu zu konstruierenden Gaswäschern zur Fixierung anorganischer Schadgase, polarer organischer Substanzen, Stäuben und Bioaerosolen und für diese spezielle Anwendung modifizierten Photokatalysatoren, kann es gelingen den Stand der Technik deutlich zu übertreffen. Ein besonderer Fokus muss dabei auf der Entwicklung modifizierter Photokatalysereaktoren liegen. Zum einen werden diese auf die Wasserphase der Gaswäscher einwirken und dort die gelösten, organischen Substanzen mineralisieren und die biologische Fracht so reduzieren, sodass die Wasserphase einer Verwertung als Düngemittel zugeführt und hinsichtlich der Gasphase eine vollständige Eliminierung unangenehmer Gerüche gewährleistet werden kann. Zum anderen sollen photokatalytische Materialien durch Modifikation und Dotierung so verändert werden, dass sie eine deutlich höhere Selektivität auf unpolare organische Verbindungen haben. Gerade die sehr leicht flüchtigen organischen Verbindungen (VVOC) haben ein erhöhtes Treibhauspotential. Aus diesem Grund stellt dieser Entwicklungsschritt eine Innovation mit großem Hebel dar, da auch in anderen industriellen Bereichen (z.B. Müllsortierung) Abgasströme mit niedriger VVOC-Konzentration anfallen. Synantik entwickelt dabei die photokatalytischen Kernkomponenten.
Die Notwendigkeit einer speziellen Abgasreinigungstechnologie liegt vor, da reduktive Adsorptionsfilter (z.B. granulierte Aktivkohle) nicht in der Lage sind diese Gruppe an VVOC zu adsorbieren. Bei höheren Methankonzentrationen werden aus diesem Grund eine Abgasfackel oder ein Oxidationsfenster installiert, welche diese Gase zu CO2 verbrennen. Da die Konzentration an brennbaren Bestandteilen im Abgas aber nicht ausreicht, um ein Brennen der Fackel zu gewährleisten, muss fossile Energie zugeführt werden, was seinerseits für einen zusätzlichen Carbon-Footprint in erheblicher Größe führt.
Entwicklung eines ressourcenschonenden Verfahrens zur elektrochemischen Nachbehandlung von biologisch hergestelltem Urindünger für die Lebensmittelproduktion (EULe)
Das übergeordnete Ziel des beantragten Projektes ist die vereinfachte Aufbereitung von separat erfasstem menschlichem Urin zu einem hochwertigen und sicheren Düngemittel. Dabei soll der Urin in einem biologischen Filtrationsverfahren (C.R.O.P.®) nitrifiziert werden. Im Anschluss an die Nitrifikation muss die produzierte Lösung von pathogenen Keimen und organischen Mikroschadstoffen wie Medikamentenrückständen befreit werden. Gesucht wird eine verfahrenstechnische Lösung, die dies im Gegensatz zur üblichen Kombination aus Aktivkohlefiltration und Erhitzen in einem Schritt und wenn möglich ohne reststoffverursachende Verbrauchsmaterialien und Chemikalien durchführen kann.
- Identifizierung von Verfahren zur Nachbehandlung von biologisch hergestellten urinbasierten Recyclingdünger mittels physikochemischer Verfahren wie der Diamantelektrolyse oder der photokatalytischen Oxidation
- Zuverlässige Entfernung von Pathogenen und Medikamentenresten, somit ist eine Nutzung als Spurenstoffeliminationsverfahren bsw. für Krankenhausurin denkbar
- Anwendung von Verfahren ohne Verbrauchsmaterialien und Gefahrenstoffe wie Laugen oder Säuren
- Auswahl wartungsarmer Geräte zur Einsparung von Personalstunden bei Einsatz in kommerziellen Betrieben
- Vielseitige Verwendbarkeit, ggf. auch zur Desinfektion von Düngerlösungen, die in Gewächshäusern mit erdfreien Kultivierungssystemen mehrfach verwendet werden (rezyklierende Systeme)
Blut- und Plasmakonserven lagern gekühlt – teils bei -40 °C. Im Notfall entscheidet es daher über Leben und Tod, wie schnell diese auf Körpertemperatur erwärmt werden können. Üblicherweise werden diese mittels Wasserbäder erwärmt, was bis zu 45 Minuten dauern kann. Unsere Mikrowelle schafft dies in nur 6 Minuten und rettet somit täglich Leben!
Nun weiß jeder, dass eine gewöhnliche Mikrowelle sehr inhomogen erwärmt, was bei Blut sehr kritisch ist, da eine Temperatur über 42°C die Blutkonserve durch Gerinnung zerstört. Es hat über 6 Jahre intensiver FuE gebraucht, um das Thema mit einem komplexen System aus Sensorik, Mechanik, HV-Leistungssteuerung und intelligenter Software zufriedenstellend zu lösen.
Das TT3000 wurde an erste Testkunden verkauft, bei denen es erfolgreich in Betrieb ist. Schrittweise wird sich das Vertriebsgebiet vergrößern und das TT3000 soll eines Tages Standard in allen Notfallambulanzen werden.
Neben der grundlegenden Forschung und Entwicklung der photonischen Luftreinigung müssen die Luftreinigungsanlagen oftmals in bereits vorhandene Steuerungssysteme integriert werden. Diese Integration muss bedienerfreundlich zu regeln und zu bedienen sein. Ebenso ist ein Monitoring der Luftreinigungsanlagen auf verschiedenen Ausgabegeräten sowie die Einbindung in verschiedene BMS vorgesehen. Hiermit wird auch ein Luft-Qualitäts-Management ermöglicht, welches vor allem im medizinischen Bereich immer wichtiger wird. Hiermit entsteht ein enormer Wettbewerbsvorteil der PhoTech Innenraum-Luftreinigung zu herkömmlichen am Markt erhältlichen Geräten. Um diese Software-Anbindungen generieren zu können, ist es notwendig, mit Anbietern von Geräten für medizinische Einrichtungen (hier Integromed GmbH) eng zusammenzuarbeiten, um die notwendigen Schnittstellen und Parameter zu erfahren. Diese werden dann nach Vorgabe angesteuert und in die Programmierung integriert.
Im vorliegenden Teilprojekt ist es Ziel, die Schadstoffe in der städtischen Umgebung zu reduzieren. Hierzu ist es sinnvoll, bereits vorhandene Infrastrukturen zu nutzen und die Stadtluft schnell und mit kostengünstiger Nachrüstung zu reinigen. Hierbei stellt unter anderem die Integration in die Straßenbeleuchtung einen ökonomischen Ansatz dar. Ähnlicher ist dies beim Kanalsystem.
Wichtige Zwischenziele sind hierbei die Auswertung vorhandener Daten, sowie Modellerstellung zur Identifizierung potenziell geeigneter Standorte und Modellrechnung zur Abschätzung des Wirkungsraumes. Darauf folgt die Entwicklung von Modulen zur Integration einer aktiven Photokatalyse in Leuchten oder andere Komponenten des Stadtmobiliars.
Module zur Reinigung von NOx- und H2S werden entwickelt, zum Beispiel durch Einpassung eines aktiven Photokatalysereaktorsystems in die vorhandene Infrastruktur der Abwasserableitung (Schacht und Kanal), sowie Einbindung von aktiven Photokatalysereaktorsystemen an Emissionsschwerpunkten, wie Kreuzungen und Lichtzeichenanlagen.
Der Nachweis der Wirksamkeit ist dabei genauso wichtig wie die Prüfung der Alterung der Katalysatoren, um die Akzeptanz für diese neuartigen Systeme zu erhöhen.
Zusammenfassend können für dieses Teilprojekt folgende technischen Zielparameter festgelegt werden. Ein aktueller Ist-Stand kann hierfür nicht angegeben werden, da solch artige Systeme noch nicht auf dem Markt sind.
AsphaPlus – Entwicklung einer innovativen Baustoff- und Einbautechnologie zur Wiederverwendung von Ausbauasphalt in dicken Asphaltschichten, Mikrowellenerzeugung zur Asphalttrocknung
Das Bauwesen, und damit auch der Asphaltwegebau, stellt einen der ressourcenintensivsten Wirtschaftszweige dar und bietet somit ein enormes Potential einen Beitrag zum Umweltschutz zu leisten.
Neben der Verpflichtung die im Straßenbau eingesetzten Rohstoffe im Stoffkreislauf zu bewahren, stellen jedoch die Reduzierung des Energieverbrauchs und der damit einhergehenden CO2-Emissionen sowie die Einhaltung zukünftiger Aerosol-Grenzwerte noch immer aktuelle Herausforderungen der Branche dar.
Denn obwohl es sich bei Asphalt um einen gut rezyklierbaren Werkstoff handelt, wird bei der konventionellen Asphaltherstellung viel Energie zur Temperierung der Ausgangsstoffe benötigt, um ein homogenes und verarbeitbares Mischgut zu erhalten. Neben der Maximierung der Recyclingraten sollte daher der Bau „kalter Asphaltschichten“ der nächste konsequente Schritt zu einer ökologischen Asphaltbauweise sein. Dies ist allerdings nur unter dem Einsatz neuer Bindemittel, wie den hier angedachten Bitumenemulsionen, möglich.
Da es sich dabei um ein Gemisch aus Wasser und Bitumen handelt, sind mit der Verwendung dieser Produkte jedoch vielerlei Probleme verbunden, die den flächendeckenden Einsatz derzeit noch verhindern. Zum einen benötigen Bitumenemulsionen rohe Gesteine, die bei der Verwendung von Ausbauasphalt nicht zur Verfügung stehen, um den Brechvorgang einzuleiten. Zum anderen muss das abgeschiedene Wasser vollständig aus der fertigen Asphaltschicht entfernt werden, um eine ausreichende Verdichtung zu ermöglichen und letztendlich eine konkurrenzfähige Festigkeit sicherzustellen.
Das hier angedachte Vorhaben reagiert auf diese Problematiken mit der Entwicklung eines neuen Emulsionssystems, das die Verwendung von Ausbauasphalt zulässt, sowie ein auf das Anwendungsgebiet abgestimmtes Mischgutkonzept. Zusätzlich soll erstmals innovative Mikrowellentechnologie zum Einsatz kommen, um den Feuchtigkeitsgrad der Schicht zu detektieren und etwaiges Restwasser zu entfernen.
KMU-I AsphaPlus
Zeitraum: 01.08.2022 – 30.06.2025
Entwicklung energieautarker Systeme für die Grundwasserreinigung mittels kombinierten AOP Verfahren
Das Projekt hatte die Zielstellung, ein kompaktes, energieautarkes System zur Grundwasserbehandlung mittels AOP Verfahren (Advanced Oxidation Processes) zu entwickeln.
Kern der Entwicklung ist dabei eine neuartige Kombination aus Druckluftausblasen der leichtflüchtigen, organischen Komponenten und photokatalytischer Behandlung der Abluft sowie dem weiteren Abbau der schwerflüchtigen organischen Wasserverunreinigungen mittels einer Verfahrenskombination von photokatalytischer Oxidation mit Ozon als Booster.
Die Energieversorgung des Systems soll dabei mittels Photovoltaik und integriertem Energiespeicher erfolgen, so dass das System ohne elektrische Infrastruktur auch in abgelegenen geografischen Lagen betrieben werden kann. Dabei wird das Ziel verfolgt, dass das Reinigungssystem ohne Verbrauchsmittel funktioniert und ausschließlich selbsterzeugte elektrische Energie benötigt.
Als abzubauende Stoffe werden vor allem leicht- und schwerflüchtige organische Wasserschadstoffe adressiert.
- Physikalisches und chemisches Wirkprinzip, welches keine zusätzlichen Filtermedien oder Chemikalien benötigt
- Niedrige Wartungskosten, da keine zu entsorgenden Reststoffe
- Kontinuierliches Verfahren
- Energiesparsam
- Hoher Wirkungsgrad des Schadstoffabbaus
- Autarker Betrieb in exponierten Lagen
Die Wirksamkeit der Photokatalyse wurde durch Vorversuche und vorangegangene Forschungsvorhaben (NaPro, Photodetox) bestätigt. Somit zielt dieses Projekt auf ein anderes Anwendungsfeld mit spezifischen Herausforderungen. Es ist eine technische Lösung für die Grundwassersanierung geplant, die über praktizierte Verfahren hinsichtlich der Abbauraten und der Energieeffizienz hinausgeht.
Entwicklung einer Abwasserweiche und getrennten Abwassersammlung, Vorstufe einer effizienten Wasserwiederverwendung und Energiegewinnung
Es soll ein technisches System zur Trennung von häuslichen Abwässern mit anschließender getrennter Sammlung, Transport und Verwertung entwickelt werden. Das Projekt lässt sich dem Bereich der „Neuartigen Sanitärsysteme“ (NASS) zuordnen. Zur Trennung der Abwässer soll eine Abwasserweiche entwickelt werden, die nahe am Anfallort die Trennung der Abwässer anhand des Zeitpunkts ihrer Einleitung ermöglicht.
Dazu muss mittels Sensoren an den Orten des Abwasseranfalls die Information gewonnen werden, welche Art von Abwasser gerade fließt (z.B. Toilettenspülung). Anschließend folgt die getrennte Speicherung der Abwässer in einem zu entwickelnden Speicherschacht mit zwei Kammern. Der Abtransport der getrennten Abwässer kann kostengünstig über eine Vakuumleitung ebenfalls zeitlich getrennt erfolgen.
Durch Trennung der Abwässer werden neue Möglichkeiten der Abwasserbewirtschaftung nutzbar, ohne in die bauliche Substanz bestehender Gebäude eingreifen zu müssen. Es sollen zwei Abwässer erzeugt werden: schwach belastetes Grauwasser und stark belastetes Schwarzwasser. Für beide Stoffströme ist nach getrennter Erfassung eine passgenaue Verwertung möglich.
Aus dem schwach belasteten Grauwasser kann Wärme rückgewonnen werden und nach der Reinigung in einer Pflanzenkläranlage wäre eine Wasserwiederverwertung möglich. Das stark belastete Schwarzwasser kann in einer Biogasanlage energetisch verwertet werden, die Rückgewinnung von Nährstoffen wäre möglich.
Photokatalytischer Abbau von Mikroschadstoffen als 4. Reinigungsstufe in Kläranlagenabläufen
In den letzten Jahren wurden vermehrt Medikamentenrückstände in Gewässern nachgewiesen. Diese gelangen durch Ausscheidung von unmetabolisierten Wirkstoffen und die unsachgemäße Entsorgung von Medikamenten in die Abwasseraufbereitungsanlagen. Werden die Verunreinigungen in den Kläranlagen nicht aufgefangen oder abgebaut, so gelangen sie in die Oberflächengewässer und von dort aus in das Grund- und Trinkwasser. In zahlreichen Studien wurde der Einfluss dieser Medikamentenrückstände auf Pflanzen- und Tierwelt untersucht. So wurden beispielsweise gravierende Verhaltensstörungen bei Wasserlebewesen und hormonbedingte Unfruchtbarkeit bei Fischen entdeckt. Einige Gebiete mussten aufgrund erhöhter Schadstoffwerte bereits für die Trinkwassernahme gesperrt werden. Zurzeit stehen keine Systeme zur Verfügung, welche hinreichend zum Abbau bzw. zur Entfernung aller Medikamentenrückstände geeignet sind. Vorhandene Methoden sind kostenintensiv und generieren zahlreiche Abfall- und Zwischenprodukte.
Als Alternative zu den bisherigen Reinigungssystemen soll ein Reaktorsystem entwickelt werden, welches Mikroschadstoffe im Wasser vollständig zu Kohlendioxid und Wasser umsetzen kann. Das dazu grundlegende neue technische Verfahren soll durch eine photokatalytische Reaktion an einem Titandioxid-Katalysator unter UV-Beleuchtung die Schadstoffe effektiv und vollständig abbauen. Der Einsatz erfolgt in Form von leicht nachzurüstenden Reaktor-Modulen als 4. Reinigungsstufe in kommunalen Kläranlagen.
- Breitbandiger, effektiver Abbau von medizinischen Wirkstoffen
- Umsetzung zu Wasser, Kohlendioxid und Mineralsalzen ohne Transformation zu organischen Produkten
- Kein Einsatz von Chemikalien im Abwasser
- Leicht nachzurüsten aufgrund eines modularen Systems
Die prinzipielle Wirksamkeit des Verfahrens wurde durch Vorversuche bestätigt. Es soll mit einer Demonstrationsanlage der Nachweis erbracht werden, dass die photokatalytische Reinigung von Abwässern eine gute Alternative zu herkömmlichen Verfahren darstellt.
Entwicklung einer neuartigen Technik / Verfahren zur Beseitigung von Naphthalin und naphthalinähnlichen Verbindungen in belasteter Raumluft
Naphthalin zählt zu der Stoffgruppe der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) und wird als gesundheitsgefährdend, umweltschädlich und kanzerogen eingestuft. In Gebäuden, in denen teerhaltige Sperrschichten verbaut wurden, werden Naphthalin und naphthalinähnliche Verbindungen kontinuierlich an die Raumluft abgegeben. Durch die energetische Sanierung dieser meist öffentlichen Gebäude in den letzten Jahren wurde der Austausch mit Außenluft stark reduziert. In Folge dessen reichern sich diese Verbindungen in der Raumluft an und es kommt häufig zu Überschreitungen der Innenraumrichtwerte. Die Folge ist, dass die bereits sanierten Gebäude ein zweites Mal aufwendig saniert werden müssen, um die Naphthalinquellen zu beseitigen.
Die Kooperation der MFPA Weimar, LEJ und Gebäudetechnik Reichmann GmbH soll die Grundlagen für ein neues, technisches Verfahren schaffen, welches Naphthalin und naphthalinähnliche Verbindungen (im weiteren Text nur als Naphthalin bezeichnet) in-situ mit Hilfe von ultraviolettem Licht (UV-Licht) an aktiven Oberflächen abbauen kann. Aus der Kombination von messtechnischer Überwachung und Modellierung, lüftungstechnischer Entwicklung und physikalischer Projektierung des Verfahrens soll ein Gerätesystem entwickelt werden, welches vor Ort ohne größere Umbauten installiert bzw. integriert werden kann und das Naphthalin vollständig zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser umsetzt. Im Unterschied zur Verschneidung mit Frischluft soll durch eine Kreisluftführung Energie eingespart und durch die vollständige Mineralisierung (Abbau zu anorganischen Komponenten) des Naphthalins die Umwelt entlastet werden.
- Physikalisches Wirkprinzip, kein Chemieeinsatz
- Niedrige Wartungskosten, da keine zu entsorgenden Reststoffe
- Kontinuierliches Verfahren
- Energiearm (niedrige Betreiberkosten)
- Nachträglicher Einbau in belastete Räume (niedrige Investitionskosten)
- Hoher Wirkungsgrad des Schadstoffabbaus
Die prinzipielle Wirksamkeit des Verfahrens wurde durch Vorversuche bestätigt. In diesem Projekt soll mit einer Demonstrationsanlage der Nachweis erbracht werden, dass der in-situ Naphthalinabbau eine gute Alternative zur baulichen Sanierung darstellt.
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