Abschluss des EU-Projekts „NanoHybrids“:
Präsentation der Projektergebnisse auf der PARTEC und der POWTECH in Nürnberg am 09. bis 11. April 2019
Dem europäischen Forschungsprojekt NanoHybrids ist es mit namhafter Industriebeteiligung gelungen, Produktionsverfahren für organische Aerogelpartikel weiterzuentwickeln und erstmals größere Mengen dieser neuartigen Materialien herzustellen. Das Konsortium aus Industrie und Wissenschaft erreicht damit einen wichtigen Schritt in Richtung industrieller Massenproduktion und Anwendung von partikulären Aerogelen. Die Ergebnisse und Produkte werden dem Fachpublikum auf der PARTEC und der POWTECH vom 9. bis 11. April 2019 vorgestellt.
Unter der Leitung der TUHH-Professorin Dr.-Ing. Irina Smirnova und der BASF als Industrial Lead wurde dreieinhalb Jahre intensiv an partikulären Aerogelmaterialien, deren Herstellungsprozessen und Prototypen für Anwendungstests in der Industrie gearbeitet. Nicht nur die Projektbeteiligten sind hochzufrieden mit den Ergebnissen, auch die Begutachtung durch Fachexperten der EU-Kommission ist ausgesprochen positiv ausgefallen.
Aerogelpartikel auf Basis natürlicher Rohstoffe wie Alginat, Chitosan, Zellulose oder synthetischer Polymere sowie Hybridmaterialien konnten bislang nur in kleineren Labormengen produziert werden. Um diese Materialien aus der Forschung in industrielle Anwendungen überführen zu können, ist es erforderlich, Herstellungsprozesse weiterzuentwickeln und damit den Zugang zu industriell relevanten Mengen und Prototypen zu ermöglichen. Bereits im Juni 2018 wurde im Technikum der TUHH die erste Anlage zur Herstellung von Aerogelen in Partikelform im Pilotmaßstab von 50 L pro Ansatz errichtet. Nach einer positiven Optimierungsphase wurden bei der BASF abschließend alginatbasierte Aerogelpartikel in größeren Mengen produziert.
Aerogele weisen eine poröse Struktur im Nanometerbereich auf, sind jedoch keine Nanomaterialien im Sinne der EU-Regulierungen. Im Sinne einer Safe-by-Design-Philosophie hat der Industriepartner BASF dennoch seine Nanotoxikologie-Kompetenz eingebracht und orientierende toxikologische Untersuchungen an 22 verschiedene Aerogelen des Projektkonsortiums vorgenommen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerogele unbedenklich sind.
Die Trocknung der Gelvorläufer, über die die poröse Struktur mittels einer Vernetzungsreaktion in einem Lösungsmittel vorgebildet wird, zu den gewünschten Aerogelen stellt einen entscheidenden Prozessschritt dar. Besondere Trocknungsbedingungen sind erforderlich, um das Lösungsmittel in einem Druckprozess mit überkritischem Kohlendioxid schonend aus den Poren des Gelvorläufers zu extrahieren, die sogenannte überkritische Trocknung. Aerogele behalten dank dieses Trocknungsschrittes ihr leichtes, stabiles, dreidimensionales Netzwerk sowie eine hohe innere Oberfläche und sind damit für vielfältige Anwendungen geeignet. Dank ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit eignen sie sich zum Beispiel als Hochleistungs-Wärmedämmmaterialien, während sie ihre hohe Aufnahmekapazität als Adsorptionsmaterialien prädestiniert.
Die überkritische Trocknung von Gelpartikeln zu Aerogelpartikeln stellt ein neues Feld innerhalb der Aerogelforschung dar. Es existierte zu Beginn des NanoHybrids-Projekts beispielsweise kein geeignetes mathematisches Modell, um den Trocknungsschritt beschreiben zu können. Diese Lücke haben das Team der Koç University, der MUCTR und der TUHH nun geschlossen. Mittels einer Kombination von Experimenten und mathematischer Modellierung wurde ein Modell entwickelt, um für gegebene Prozessbedingungen und Materialeigenschaften die Trocknungszeit berechnen zu können. Die Beschreibung von Wärme- und Massentransportvorgängen in porösen Aerogelmaterialien ist ebenfalls eine Herausforderung für die Entwicklung und Optimierung industrieller Herstellungsprozesse. Im Rahmen des Projekts wurde daher eine umfassende Mehrskalenmodellierung für die überkritische Trocknung entwickelt.
Als Gesamtergebnis ist es nun möglich, die Bedingungen von Herstellungsschritten organischer Aerogelpartikel für die Hochskalierung in den industriellen Maßstab einzugrenzen und zu optimieren. Die Modelle wurden experimentell und nicht zuletzt durch die erfolgreichen Produktionsversuche bei der BASF bestätigt. So können die nächsten Schritte effizienter und mit höheren Erfolgschancen geplant werden.
Zum Abschluss des Projekts steht jetzt das erste Produktionssystem im Pilotmaßstab für eine neue Generation von nanoporösen organischen und hybriden Aerogelen bereit. Die vielfältigen denkbaren Anwendungen dieser ultraleichten und porösen Feststoffe z.B. für die Adsorption von Gasen und Feuchtigkeit oder als Additive für Nahrungsmittel und Kosmetika können so industriell in größerem Maßstab getestet werden.
Eckdaten:
· NanoHybrids startete am 1. November 2015 und läuft noch bis 31.Mai 2019
· Förderhintergrund: Horizon 2020 EU Rahmenprogramm für Forschung und Innovation
· Projektwebseite: nanohybrids.eu
Auskunft und Informationen zum EU-Projekt „NanoHybrids“:
Dr. Margarete Remmert-Rieper
EU-Projekt „NanoHybrids“
Tutech Innovation GmbH
Telefon: +49 40 76629-6322
E-Mail: remmert-rieper@tutech.de
