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Projekte

Ausgewählte, große Forschungsprojekte, an denen das Fachgebiet beteiligt ist

Schwerpunktprogramm 2289: Gestaltung von Synergien in maßgeschneiderten Mischungen heterogener Pulver: Hetero-Aggregationen partikulärer Systeme und deren Eigenschaften" (SPP 2289 "Hetero-Aggregates")

Projekte in Bremen in diesem Schwerpunktprogramm
1) Quantifizierung der Mischungszone und Intensivierung des Mischungsprozesses von zwei Nanopartikel erzeugenden Flammen zum Design von Heterokontakten
2) DeepMixing - Quantifizierung der Mischungs- und Hetero-Kontakt-Eigenschaften von Nanopartikel-Aggregaten aus einer Aerosol-Mischungszone

Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Schwerpunktprogramm 2289 forscht über das Mischen von dispersen Systemen (Partikeln und Pulvern) als eine traditionelle Unitoperation der Verfahrenstechnik, die in verschiedenen Technologiebereichen von zentraler Bedeutung ist. Es wird in Bremen seit Oktober 2021 unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler und Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching koordiniert.

Die Anwendungen von gemischten partikulären Systemen reichen von der Verarbeitung von Lebensmitteln, pharmazeutischen und chemischen Substanzen bis hin zur Materialverarbeitung und Werkstofftechnik. Das funktionelle Mischen verschiedener Partikeltypen (Heteroaggregation) hat das Potenzial, herausragende neue Eigenschaften von dispersen Produkten zu erzeugen, die von der Mischungszusammensetzung und von verschiedenen sekundären Prozessbedingungen (z. B. Agglomeration, Beschichtung) abhängen. Dabei kann eine neue Produkteigenschaft durch den direkten Kontakt verschiedener Partikel (Heterokontakt) und damit durch die entstehende Grenzfläche zwischen den jeweiligen Teilkomponenten entstehen. Viele Anwendungen haben gezeigt, dass diese Heterokontakte von grundlegender Bedeutung für bestimmte funktionelle Eigenschaften sind. In den meisten Fällen resultieren die neuen Eigenschaften aus der Übertragung von Ladungen, Masse, Wärme, Kräften oder Momenten, ohne dass es einer chemischen Reaktion der Komponenten bedarf. Die Qualität eines solchen Partikelgemisches hängt also direkt mit den Kontaktstellen und Grenzflächen der verschiedenen Partikel und den Details der Wechselwirkung zwischen ihren Spezies im Kontakt zusammen. Die neue Eigenschaft aus der Kontaktzone steuert die Material- und Produkteigenschaften des gesamten Systems, das im Kontext des SPP 2289 als Heterokontakt bezeichnet wird. Direkte Informationen über die Qualität des Heterokontakts (z. B. Anzahl der Kontakte, Transporteigenschaften zwischen verschiedenen Partikelsorten) könnten daher die Basis für eine grundlegende Beschreibung der neuen Eigenschaften des Partikelgemischs sein (Qualität der Mischung und Materialfunktion). Gleichzeitig muss der Heteroaggregationsprozess zur Erzeugung solcher Heterokontakte untersucht und kontrolliert werden. In den ersten drei Jahren des SPP 2289 dominiert der rekursive Ansatz, bei dem das Materialsystem der Heteroaggregate an die Prozessmesstechnik und die Charakterisierungsverfahren von Heteroaggregaten und deren Populationen angepasst wird. Besondere Schwerpunkte sind:

  • auf der Etablierung von Aerosolprozessen zur definierten Erzeugung von Heteroaggregaten, die auch an die Prozessdiagnostik zum Nachweis von Mischungsprozessen < 1 μm angepasst werden können,
  • die Ableitung von partikulären Probenzügen aus schnellen Aggregationsprozessen,
  • die Etablierung von tomographischen Methoden zur Charakterisierung von Heteroaggregaten mit Größen < 1 μm und
  • deren mathematische Grundlagen für die Beschreibung von Heteroaggregaten sowie
  • die Etablierung von Prozessmodellen und Simulationen, die Mischungslängen < 1 μm abdecken.

Im Rahmen des SPP wurden ebenfalls zwei Projekte in Bremen bewilligt:

Link zur Projektbeschreibung "Quantifizierung der Mischungszone und Intensivierung des Mischungsprozesses von zwei Nanopartikel erzeugenden Flammen zum Design von Heterokontakten"
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching und Prof. Dr.-Ing.habil Lutz Mädler

Link zur Projektbeschreibung "DeepMixing - Quantifizierung der Mischungs- und Hetero-Kontakt-Eigenschaften von Nanopartikel-Aggregaten aus einer Aerosol-Mischungszone"
Kontakt: Prof. Dr.-Ing.habil Lutz Mädler und Prof. Dr. Andreas Rosenauer

Materialdaten schneller, sicherer und besser zugänglich machen: Forschungswissen in Datenplattform

MaterialDigital ist ein 2019 angelaufenes Verbundprojekt großer Forschungseinrichtungen zur Einrichtung einer digitalen Infrastruktur für materialwissenschaftliche Forschungsdaten. Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierte »Innovationsplattform MaterialDigital« zielt darauf, einen virtuellen Materialdatenraum aufzubauen und so den Umgang mit Werkstoffdaten zu systematisieren. Prof. Dr.-Ing. Lutz Mädler ist Mitglied des Lenkungskreises der Innovationsplattform.

Das Zeitalter der Digitalisierung setzt schon heute auch für die Wissenschaft neue Maßstäbe, denn sie verspricht gewonnene Informationen barrierefrei zugänglich zu machen und dadurch den Kenntnisgewinn extrem zu beschleunigen. Geeignete Datenräume sind dabei nicht nur imstande Wissen hochgradig zu strukturieren und dadurch vereinfacht abrufbar zu machen, sondern auch mittels moderner statistischer Methoden den Datenschatz zu ergänzen und so neue Erkenntnisse zu generieren.

Für die Materialwissenschaften soll die Innovationsplattform MaterialDigital nun Pionierarbeit zur digitalen Vereinheitlichung von Werksstoffdaten und -informationen leisten. Im Verbundprojekt zwischen der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, dem Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM, der Helmholtz-Gemeinschaft, dem Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT sowie dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung werden die Projektpartner erste Ansätze entwickeln, um das dafür notwendige, komplexe Datenmanagement zu bewältigen. Hierzu sollen Beiträge aus allen mit der Materialentwicklung und -verarbeitung befassten Sektoren zusammengeführt werden: Industrie, außeruniversitäre Forschungseinrichtungen und Universitäten.

Denn zum Aufbau einer Datenplattform müssen zunächst zahlreiche Fragen beantwortet werden. Eine gemeinsame Infrastruktur verlangt beispielsweise nicht nur nach IT- und Servermanagement, Standardisierung und einheitlichen Bezeichnungen oder Ontologien, sondern auch nach der Definition von Autorenschutzrechten, Datensouveränität und -sicherheit. Mit dem Startschuss des Projekts Anfang Juli 2019 haben sich die Verbundpartner vorgenommen, diese und weitere Fragestellungen von nun an gemeinsam mit Partnern aus der Industrie zu konkretisieren und erste Herangehensweisen zu erarbeiten. Die enge Anbindung an die materialwissenschaftliche Community soll dabei garantieren, dass die entwickelten Ansätze den praktischen Bedürfnissen bestmöglich gerecht werden – und im Umkehrschluss auch für die relevante Zielgruppe zur Anwendung geeignet sind. Denn eine so übergreifende Veränderung, wie sie die Digitalisierung langfristig darstellt, kann die Gemeinschaft der Materialwissenschaften nur geschlossen leisten.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler

Zur Plattform MaterialDigital

Logo der Forschergruppe 2688

Forschungsgruppe 2688: Instabilitäten, Bifurkationen und Migration in pulsierender Strömung

Dynamik und Instabilitäten pulsierender Suspensions-Strömungen in komplexen Rohrgeometrien

Die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderte Forschungsgruppe FOR 2688 hat das Ziel ein grundlegendes Verständnis von pulsierenden Strömungen zu erlangen. 

Im Ingenieurwesen (z.B. bei der Fluidförderung durch Pumpen) und in biologischen Systemen (z.B. die Blutströmung) sind pulsierende Strömungen weit verbreitet, weniger bekannt ist, wie der oszillierende Anteil des Volumenstroms die Strömungsdynamik beeinflusst.

An dieser Frage forschen wir in einem interdisziplinären Team aus Ingenieuren, Physikern und Medizinern von den Grundlagen der Strömungs-Instabilitäten über die Migration von Partikeln bis hin zu den komplexen Bewegungen und Deformationen roter Blutzellen.

Die Methoden reichen von Präzisionsexperimenten über partikelaufgelöste Simulationen bis hin zur in-vivo Beobachtung einzelner Blutzellen. Die Forschungsergebnisse sollen langfristig den hydrodynamischen Grundstein legen um bspw. Gefäßerkrankungen und Schlaganfälle in Zukunft besser zu verstehen, vorzubeugen und zu therapieren.

Die Forschungsgruppe FOR 2688 besteht aus fünf experimentellen und drei numerischen Teilprojekten innerhalb Deutschlands, der Schweiz und Österreich.
Dr. Kerstin Avila ist eine Nachwuchswissenschaftlerin und leitet erstmals ein DFG-Projekt.
Sprecher der Forschungsgruppe 2688 ist Prof. Wagner von der Universität des Saarlandes.

Link zur DFG mit der Projektbeschreibung „A2 - Dynamik und Instabilitäten pulsierender Suspensions-Strömungen in komplexen Rohrgeometrien“

Link zur Homepage der Forschungsgruppe FOR 2688 (in Englisch)

Kontakt: Dr. rer. nat. Kerstin Avila

 

 

 

Schwerpunktprogramm 2080 "Katalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen für die Energiespeicherung und -wandlung" (SPP 2080 DynaKat)

Katalysatorsynthese mittels Mehrfachflammen-Sprühpyrolyse

Im Rahmen der Energiewende stellt die fluktuierende Verfügbarkeit von erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarstrom eine der größten Herausforderungen dar. Strom, der an wind- und sonnenreichen Tagen anfällt, kann in Form von chemischen Energieträgern wie Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen gespeichert werden. Dies setzt voraus, dass Katalysatoren, Reaktoren und elektrochemische Zellen unter von außen aufgeprägten dynamischen Reaktionsbedingungen eingesetzt werden. Der Einfluss dynamischer Bedingungen auf katalytische Reaktionssysteme wurde bisher jedoch kaum betrachtet, da chemische Reaktoren meist stationär betrieben werden. Neuere Untersuchungen belegen indes, dass sich die Struktur fester Katalysatoren und damit auch die katalytische Wirkung mit den Reaktionsbedingungen stark ändern kann.

In der Mechanischen Verfahrenstechnik wird das Teilprojekt „Katalysatosynthese mittels Merhfachflammen-Srühpyrolyse“ bearbeitet. Es befasst sich mit dem Problem, dass regenerativ erzeugte elektrische Energie sich chemisch in Form von Wasserstoff speichern, jedoch nur bedingt bevorraten lässt. Dies kann die Methanisierung des Wasserstoffs durch die heterogen katalysierte Sabatierreaktion lösen. Bislang wird dieser katalytische Prozess in Rohrreaktoren stationär betrieben und ist in dieser Betriebsweise sehr gut verstanden. Oft fallen die Wasserstoffmengen fluktuierend an. Lastwechsel in großtechnischen katalytischen Prozessen werden jedoch gegenwärtig generell vermieden. Abnehmende Volumenströme beispielsweise führen bei der exothermen Reaktion zu Temperaturspitzen im vorderen Bereich des Katalysatorbetts. Diese können - insbesondere bei nicht hinreichendem radialen Wärmetransport in technischen Reaktionsrohren von 25 mm Durchmesser - zu thermischer Deaktivierung durch Versinterung führen. Ziel des Projekts ist es, einerseits geträgerte, Kobalt-basierte Katalysatoren zu entwickeln, die bei der Methanisierung auch unter instationären Lastwechsel-Bedingungen hochaktiv sind und zugleich langzeitstabil. Andererseits soll der Einfluss von Dotierungen auf der Nanometerebene ebenso verstanden werden wie die Zusammenhänge zwischen raum-zeitlichen Änderungen lokaler Parameter bei Stoffmengenstrom-Fluktuationen. Zur Herstellung der verwendeten Co-Katalysatoren mit hoher Aktivität, Selektivität und Stabilität soll die sog. Flammensprühpyrolyse zum Einsatz kommen. Dabei soll ein asymmetrischer Doppelflammenansatz untersucht werden, bei dem Katalysator und Träger unabhängig voneinander in zwei Flammen erzeugt werden und der es erlaubt, eine hohe Vielfalt an Materialsystemen strukturell kontrolliert und reproduzierbar herzustellen. Zur raum-zeitlich aufgelösten Quantifizierung der Reaktionen in einem mit Lastwechseln betriebenen Rohrreaktor sollen operando MRI Methoden zum Einsatz kommen, für die Messmethoden so weiterentwickelt werden, dass die den Reaktorbetrieb im Tomographen auch bei 350 °C erlauben.

Link zur Webseite des SPP 2080

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler

 

 

Logo European Research Coucil

ReSuNiCo - Grundlagenforschung zum Prozessverständnis Einzeltropfen

Inverted Reactive Spray Processes for Sulphide/Nitride High Surface Area Electrode Coatings

Der ERC Advanced Grant ist Prof. Dr.-Ing. Lutz Mädler im April 2018 zugesprochen worden. Im Mittelpunkt der Millionen-Förderung für ihn und seine Arbeitsgruppe steht ein zielgerichtetes Projekt, in dem neue Reaktorkonzepte für das Reaktive Sprühen entwickelt werden. Mit dieser Technologie lassen sich maßgeschneiderte Materialen und Oberflächen herstellen – etwa flexible elektronische und katalytische Beschichtungen, die zum Beispiel zur Messung von Abgasen eingesetzt werden. Dabei werden Experimente an winzigen Einzeltropfen durchgeführt, die nur wenig größer sind als der Durchmesser eines Haares. Die Forschungen an diesen isolierten Tropfen sind kostengünstig und erlauben eine Vielzahl von schnellen Versuchen. Dadurch können bei diesen Versuchen in kleinem Maßstab auch weniger erfolgsversprechende Materialien ausprobiert werden.

Mit den Experimenten an Einzeltropfen bewegt sich die Arbeitsgruppe bei ihrer Grundlagenforschung in Dimensionen, die mit dem bloßen Auge nicht mehr sichtbar sind. Dennoch gehört es auch zu den wichtigen Zielen des vom Europäischen Forschungsrat geförderten Projektes, die gewonnenen Erkenntnisse auf größere Maßstäbe zu übertragen und in Richtung industrieller Verwertbarkeit zu gehen.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler

zum Film über die Forschung

Logo SPP 2045

Schwerpunktprogramm 2045: Hochspezifische mehrdimensionale Fraktionierung von technischen Feinstpartikelsystemen (SPP 2045 „MehrDimPart“)

Selektive Partikelfraktionierung in Mehrparameter-Potentialfeldern - Multi-Feld-Fraktionierung (M-FF)S

Entwicklung von Trennverfahren und Prozessen zur Fraktionierung von hochspezifischen feinen Partikelsystemen (< 10 μm) mit mehrdimensionalen Eigenschaftsverteilungen in industriell relevanten Mengenströmen.

 

In dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramm 2045 wird in 24 Teilprojekten übergreifend an dem Ziel gearbeitet, bestehende Verfahren der Partikeltechnologie weiter zu entwickeln und neue Ansätze zu identifizieren sowie umzusetzen, um komplexe Trennaufgaben für mehrdimensional verteilte Partikelsysteme der Gegenwart und vor allem der Zukunft zu lösen.

Entsprechend der Bedarfsentwicklung in der verarbeitenden Industrie werden die Anforderungen an Primär- und Sekundärrohstoffe immer höher. Es sind zunehmend reinere, feinere und spezifischere Partikelsysteme bereitzustellen, um die geforderte Qualität des Endprodukts zu gewährleisten. Da viele der etablierten Trennverfahren in dem Bereich feinster Partikeln (< 10 μm) deutlich an Spezifität verlieren, müssen alternative Ansätze entwickelt werden. Dies geschieht in den deutschlandweit angesiedelten Teilprojekten im SPP 2045 unter der Koordination durch die Mechanische Verfahrenstechnik der technischen Universität Bergakademie Freiberg.

Durch hervorragende Ansätze zur Lösung des vorgestellten Problems konnte die Universität Bremen insgesamt 3 Teilprojekte einbringen.

Im Bereich der Mechanischen Verfahrenstechnik der Universität Bremen bzw. des Leibnitz-Instituts für Werkstofforientierte Technologien IWT werden Forschungsansätze zu dem Projekt B4: „Selektive Partikelfraktionierung in Mehrparameter-Potentialfeldern/ Multi-Feld-Fraktionierung (M-FF)“ realisiert. In diesem Projekt werden mittels Überlagerung akustisch resonanter und elektrischer Felder, abhängig von den Materialparametern, Partikel aus einem Aerosol in Fraktionen zerlegt und abgeschieden.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching

Weitere Informationen zu dem Teilprojekt oder auch dem Gesamtprojekt SPP 2045

Eine Veröffentlichung zu dem Projekt finden Sie in der Chemie Ingenieur Technik

 

 

Logo des Schwerpunktprogrammes 2006

Schwerpunktprogramm 2006:  Compositionally Complex Alloys – High Entropy Alloys (SPP 2006 CCA-HEA)

Partikelverstärkte “Compositionally Complex Alloys” – Zusammenspiel von Pulversynthese, Additiver Fertigung, Gefügeentwicklung und Verformungsmechanismen

Komplexe Legierungen wie beispielsweise Hoch-Entropie-Legierungen sind eine relativ neue Klasse von metallischen Legierungen, die sich grundlegend von konventionellen Legierungen unterscheiden, hervorragende mechanische Eigenschaften aufweisen und deren Phänomene mit dem klassischen Werkstoffwissen bisher kaum verstanden werden. Der SPP strebt grundlegendes Verständnis der charakteristischen strukturellen und mikrostrukturellen Merkmale dieser Werkstoffe an, um sie für künftige Anwendungen attraktiv zu machen.

In dem Projekt "Partikelverstärkte Compositionally Complex Alloys” wird untersucht ob der Mechanismus der Teilchenverstärkung in Compositionally Complex Alloys (CCA) eingesetzt werden kann, um herausragende mechanische Eigenschaften zu erzielen. Obwohl bekannt ist, dass in vielen CCA nanoskalige Teilchen vorkommen sind ihr Ausscheidungsmechanismus, -kinetik und Einfluss auf die Mechanismen der plastischen Verformung noch weitgehend unverstanden. Um das Konzept der CCA systematisch zu gezielt teilchenverstärkten CCA (p-CCA) zu erweitern und materialwissenschaftlich zu durchdringen bedarf es der Durchführung von Gefügeanalysen bis auf atomare Längenskala. Die p-CCA-Proben werden mittels eines flexiblen pulvermetallurgischen Verfahrens hergestellt, das das Erschmelzen der Legierungen, Gasverdüsen und Additive Fertigung per Laserstrahlschmelzen (L-PBF) beinhaltet. Dadurch können wir die Vorteile des SLM-Prozesses ausnutzen, insbesondere die Rascherstarrung zur Vermeidung von Seigerungen. Der Prozess kann nur dann stabil geführt werden, wenn die Pulver Anforderungen bezüglich ihrer Größenverteilung, Morphologie und Fließfähigkeit genügen. Deshalb ist die Pulvertechnologie ein zentraler Aspekt des Projektes in dem insbesondere auch der Einsatz von fließverbessernden Additiven untersucht wird.

Weitere Informationen zum SPP 2006

Kontakt: Dr.-Ing. Volker Uhlenwinkel

Logo des SPP 1980 SPRAYSYN

Schwerpunktprogramm 1980:  Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse (SPP 1980 SpraySyn)

Prekusorenfreisetzung in Nanopartikel produzierenden Sprühflammen: Einzeltropfenuntersuchung von Mehrkomponentenstofftransport

und

Prozessanalyse und -steuerung von Zerstäubungs- und Mischzonen in Sprayflammen

Das Ziel des von der deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Schwerpunktprogrammes ist es, in einem interdisziplinären Netzwerk ein grundlegendes Verständnis und eine theoretische Modellierung des gesamten Flammensprühprozesses zu erlangen. Der Fokus liegt dabei auf der Entwicklung und Anwendung von spezifischen In-situ-Analytikverfahren, der Erstellung von chemischen Mechanismen durch grundlegende kinetische Experimente und theoretische Berechnungen und einer umfassenden, an das Problem angepassten Simulation der Prozesskette Prekursorlösung – Spray – Flamme – Partikel. Eine Schlüsselstellung nimmt die Entwicklung und Nutzung eines Standardexperiments („SpraySyn-Standardbrenner“) ein, das international als Referenzexperiment mit umfangreichem Validierungsdatensatz etabliert werden soll und langfristig als Ankerpunkt der Erforschung und Entwicklung der Partikelsynthese in Sprayflammen dienen wird. Der SPP 1980 wird an der Universität Duisburg-Essen koordiniert. Prof. Lutz Mädler ist einer der drei Organisatoren dieses SPPs.

Link zur Projektbeschreibung "Prekusorenfreisetzung in Nanopartikel produzierenden Sprühflammen: Einzeltropfenuntersuchung von Mehrkomponentenstofftransport"
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler


Link zur Projektbeschreibung "Prozessanalyse und -steuerung von Zerstäubungs- und Mischzonen in Sprayflammen"
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching

Sonderforschungsbereich 1232 - Von farbigen Zuständen zu evolutionären Konstruktionswerkstoffen

Der Sonderforschungsbereich 1232 „Von Farbigen Zuständen zu evolutionären Konstruktionswerkstoffen“ der Universität Bremen ist ein von der Deutschen Forschungsgemeinsschaft geförderter instituts- und fachbereichsübergreifender Forschungsverbund.

Sprecher ist Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler.

Der SFB erarbeitet eine neuartige experimentelle Methode der Werkstoffentwicklung. Das übergeordnete Ziel ist, effizient und zielgerichtet Zusammensetzungen und Prozessketten für neue metallische Konstruktionswerkstoffe zu finden, die einem spezifischen Anforderungsprofil entsprechen. Der SFB 1232 besteht seit 2016 und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Bereichen Fertigungstechnik, Verfahrenstechnik, Werkstofftechnik, Mathematik, Informatik forschen hier interdisziplinär.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler

Zur Webseite des SFB "Farbige Zustände"

 

Logo des SPP 1934

Schwerpunktprogramm 1934: Dispersitäts-, Struktur- und Phasenänderungen von Proteinen und biologischen Agglomeraten in biotechnologischen Prozessen (SPP 1934 DiSPBiotech)

Bedeutung und Kontrolle der mechanischen Beanspruchung stresssensitiver Proteine bei der Formulierung im Premix-Emulgierprozess

Ziel des von der deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts ist Dispersitäts-, Struktur- und Phasenänderungen von Proteinen und biologischen Agglomeraten in biotechnologischen Prozessen zu untersuchen. Ein Teilprojekt ist die Charakterisierung der mechanischen Beanspruchung (Stress-Verweilzeitverhalten) von Proteinen und Proteinagglomeraten sowie die Auswirkung auf die Proteinstruktur und –funktionalität im Downstream-Prozessieren am Beispiel des Premix-Emulgierverfahrens. Anhand vergleichender numerischer (CFD-Simulation und Molecular Dynamics) und instrumentell-analytischer (FTIR, Tropfenkontur) Untersuchungen sollen prozessinduzierte Protein-Strukturänderungen charakterisiert werden. Die Ableitung von mechanischen Beanspruchungs- und Schädigungsmodellen für Proteine und Bioagglomerate beim Membranemulgieren wird die gezielte Steuerung mechanischer Prozesse ermöglichen. Dazu steht ein inderdisziplinäres Netzwerk innerhalb des Schwerpunktprogramms zur Verfügung.  Durch eine angepasste stressminimierte Prozessierung lassen sich schließlich die Lagerstabilität proteinbasierter Emulsionen und dadurch die Produktqualität positiv beeinflussen. Antragsteller sind Prof. Udo Fritsching aus der Mechanischen Verfahrenstechnik und Prof. Stefan Drusch von der TU Berlin.

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching

Logo des GRK 1860

Graduiertenkolleg 1860: Mikro-, Meso- und Makroporöse Nichtmetallische Materialien: Grundlage und Anwendung (GRK 1860 MIMENIMA)

Transport, Trennung und Mischung von komplexen Mehrphasen-Fluiden in Poren und poröse Membranen mit unterschiedlichen Oberflächenaktivitäten (P07/03)

und

Simulation der strukturellen Veränderungen mesoporöser Filme und Schichten während der Infiltration und Trocknung von Flüssigkeiten (P08/03)

Die übergeordnete Forschungsidee des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Graduiertenkollegs MIMENIMA ist die Erforschung und Entwicklung neuartiger, poröser keramischer Strukturen und deren Oberflächen für den Einsatz in wichtigen Bereichen der Energie‐, Umwelt‐, Verfahrens‐ und Raumfahrttechnik. Zu diesem Zwecke adressiert das Kolleg fünf Forschungsteilbereiche: Materialentwicklung, Struktur‐ & Prozessanalyse, Grundlagenexperimente zum Stofftransport in porösen Medien, Modellierung & Simulation und spezielle Anwendungen.

Derzeit wird in 11 Projekte mit unterschiedlichen Themen rund um die Entwicklung neuer poröser Materialien oder Prozesse mit porösen Materialien, sowie Methoden zur Charakterisierung poröser Materialien geforscht.

Die Projekte, die im Fachgebiet Mechanische Verfahrenstechnik der Universität Bremen und dem Leibniz-Institut für Werkstofforientierte Technologien - IWT durchgeführt werden, befassen sich zum einen mit der Untersuchung rheologisch komplexer mehrphasiger Fluide, als auch dem Premix- Emulgierprozess. Dabei kommen sowohl experimentelle, als auch numerische Methoden zum Einsatz. Ziel ist es, Modelle für industrierelevante Emulsionen zu entwickeln, um die experimentell beobachteten Druckverluste und Tropfengrößenverteilungen vorherzusagen und die auftretenden Scherspannungen bestimmen zu können. Das andere Projekt befasst sich mit der Untersuchung der physiochemischen Eigenschaften mesoporöser Filme, die aus Nanopartikelaggregaten und -agglomeraten aufgebaut sind, sowie mit der Entwicklung von Modellen für die zugrunde liegenden Mechanismen. Das Verständnis der grundlegenden Mechanismen, die strukturellen Veränderungen in mesoporösen Filmen während des Flüssigkeitsaufsaugens und -trocknens steuern, hat wichtige Anwendungen in elektrochemischen Charakterisierung, der Herstellung von Polymerhybridmaterialien und der Leistung von Flüssigelektrolytzellen.

Link zur Projektbeschreibung (P07/03) „Transport, Trennung und Mischung von komplexen Mehrphasen-Fluiden in Poren und poröse Membranen mit unterschiedlichen Oberflächenaktivitäten“.
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Udo Fritsching

Link zur Projektbeschreibung (P08/03) „Simulation der strukturellen Veränderungen mesoporöser Filme und Schichten während der Infiltration und Trocknung von Flüssigkeiten“.
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Mädler

Weiteren Informationen über MIMENIMA und weitere Projekte aus dem Graduiertenkolleg