Projekt: ElektroWirbel

Das Projekt ElektroWirbel verfolgt das Ziel, die Schließung von Prozesskreisläufen in der chemischen Industrie durch Aufbereitung salzhaltiger Prozessabwässer und dünner Säuren mittels elektrochemischer Wirbelbett-Reaktoren.
Die Projektlaufzeit von Elektrowirbel beträgt 36 Monate. Die Förderung des Vorhabens erfolgt aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Die Projektträgerschaft erfolgt über die VDI Technologiezentrum GmbH.

Im Rahmen des Projekts sollen zwei neuartige Wirbelbett-Elektroden entwickelt werden. Zum einen die Flow-Electrode Capacitive Deionization FCDI (Slurry-Elektrode) und zum anderen die magnetische Wirbelbett-Elektrode. Diese Systeme unterscheiden sich prinzipiell in ihrem Aufbau und sollen für Aufkonzentrierung und Beseitigung organischer Verunreinigungen evaluiert werden.
Das Schließen der Stoffkreisläufe industrieller Prozesse ist für eine nachhaltige Produktion zwingend erforderlich. Im Hinblick auf die weltweit zunehmende Verknappung von Trinkwasser aufgrund der wachsenden Bevölkerung und des Klimawandels kommt dieser Aufgabe auch eine soziale und ökologische Bedeutung zu. Dabei spielen Entwicklungen zum Schließen von Wasserkreisläufen bei industriellen Prozessen eine wichtige Rolle.
In vielen industriellen Synthesen, z.B. von Polycarbonat, Vinylchlorid, Isocyanaten, Chlormethan, Epichlorhydrin oder Tetrachlorsilan, fallen erhebliche Mengen Abwässer an, deren Salzkonzentrationen hoch sind.
Die umweltgerechte Entsorgung der oben beschriebenen Abwässer ist mit hohen Kosten verbunden. Zudem stören salzhaltige Abwässer den biologischen Abbau in Kläranlagen. Sinnvoller ist die Aufbereitung der Abwässer mit dem Ziel der Rückführung der enthaltenen Wertstoffe und des Wassers in den Produktionsprozess. Folglich bestehen die Aufgaben bei der Schließung der Prozesskreisläufe zum Einen in der Aufkonzentrierung des Salzes und zum Andern in der Beseitigung der organischen Verunreinigungen.

Aktuell gehen diese Aufgaben in Ermangelung effizienter Verfahren mit einem hohen apparativen und energetischen Aufwand einher. Gängiges Verfahren zur Aufkonzentration ist z.B. die thermische Verdampfung des Wassers, was mit einem hohen Energieverbrauch verbunden und daher ökonomisch und ökologisch nicht nachhaltig ist. Ebenso gibt es aktuell bei hohen organischen Belastungen oder bei bestimmten Verbindungsklassen keine technischen Lösungen zur Aufreinigung hin zu Spezifikationen, die einen Einsatz als Prozesswasser erlauben. Hier setzt das Forschungsprojekt ElektroWirbel an.

Die Projektpartner

Gesamtkonsortium

Zusammen mit den Projektpartnern wird die magnetische Wirbelbettelektrode zur Entfernung der organischen Verunreinigungen von den Forschern des Fraunhofer ISC, des DECHEMA Forschungsinstitut und dem KIT Karlsruhe entwickelt. Das Fraunhofer ISC mit der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS arbeitet im Zuge des Projekts an der Entwicklung magnetischer und elektrisch leitfähiger Partikel die in der magnetischen Wirbelbettelektrode eingesetzt werden sollen. Aufgabe der Wissenschaftler des KIT Karlsruhe ist die Entwicklung und Testung des Reaktordesigns. Das DECHEMA-Forschungsinstitut ist für die Erforschung der elektrochemischen Vorgänge während des Prozesses zuständig. Die Arbeiten zur Einstellung der Salzkonzentration werden vom DWI Leibniz-Institut für interaktive Materialien und der FuMA-Tech GmbH durchgeführt. Die FuMA-Tech-GmbH bringt nicht nur Expertise im Bereich der Membrantechnik mit ein, es wird im Zuge des Projekts auch die Entwicklung neuer Membranen angestrebt. Die Forscher des DWI Leibniz-Institut für interaktive Materialien haben Erfahrungen im Bereich der Flow-Electrode Capacitive Deionization FCDI welche im Projekt mit realen Abwässern umgesetzt werden sollen. Die beiden Projektpartner Covestro Deutschland AG und Evonik Technology & Infrastructure GmbH begleiten das Projekt mit ihren Erfahrungen im Bereich der Abwasserbehandlung und auch mit praktischen Versuchen, mit dem Ziel die gewonnenen Erkenntnisse in die eigenen Prozessschritte zu integrieren.