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Direkt zum Whitepaper Digitalisierung der Chemieindustrie

Digitalisierung ist in aller Munde – aber was damit gemeint ist, reicht vom Kühlschrank, der die Milch nachbestellt, bis zur automatisierten Fertigungsstraße, die die Stoßstange vor Montage blau, gelb oder grün lackiert. Auch in Verbindung mit der chemischen Industrie ist immer häufiger von Digitalisierung oder „Chemie 4.0“ die Rede. Das war der DECHEMA Anlass, um den Jahreswechsel 2015/16 eine Befragung in den rund 120 DECHEMA- und ProcessNet-Gremien durchzuführen und einen Thementag Digitalisierung mit deren Vertretern zu organisieren.

Digital integrierter Standort2.jpgDie Befunde waren teils überraschend: Zwar spielt Digitalisierung in fast allen Unternehmen und Organisationen eine Rolle, wurde aber bis dahin kaum in den Gremien diskutiert. Auch das Verständnis, was Digitalisierung bedeutet, ging sehr weit auseinander. High-Throughput-Technologie, „klassische“ Mess- und Regeltechnik, flexible Produktion, e-learning waren nur einige Schlagworte, die genannt wurden.

Diese Rückmeldungen und die Ergebnisse des Thementags im Februar 2016 wurden in den letzten Wochen gesichtet, geordnet und systematisiert. Die Ergebnisse wurden zudem in Beziehung gesetzt zu Papieren, die in der jüngeren Vergangenheit in verschiedenen Gremien publiziert wurden.

Daraus ist ein Whitepaper Digitalisierung entstanden, das heute kurz vorgestellt wird. Anliegen dieses Papiers ist es, die verschiedenen Themenbereiche der Digitalisierung und ihre Auswirkungen in Bezug zur chemischen Industrie zu setzen.

Auf den ersten Blick ist die chemische Industrie heute bereits in vielen Bereichen stark „digitalisiert“. Die wirklichen Veränderungen, die durch große Datenmengen, hohe Rechnerkapazitäten und neue Algorithmen möglich werden, stehen aber noch bevor:

Vermehrte Integration von Standorten und standortübergreifenden Systemen, aber auch die Entwicklung disruptiver Produktinnovationen auf Basis gewonnener Daten setzen die Kopplung interner und externer Daten (Kundendaten) voraus. Doch bislang gibt es Widerstände mit Blick auf Datensicherheit und kritisches Wissen, die diese Zusammenarbeit behindern. Diese Hürden können nur gemeinsam und auf Basis klarer Absprachen und nicht zuletzt Vertrauen überwunden werden.

Von der digitalen Transformation wird auch die modulare Produktion profitieren, da vielfach die Produktion flexibler werden muss. Modulare Produktionsanlagen können vor allem dort ihre Stärken ausspielen, wo viele unterschiedliche Reaktionsschritte nötig sind und nur geringe Mengen eines hochwertigen Produktes hergestellt werden, also insbesondere in der Fein- und Spezialchemie. Doch um eine ökonomisch sinnvolle Produktion sicherzustellen, sind noch viele Entwicklungsschritte notwendig. Insbesondere standardisierte Module und Datenschnittstellen werden benötigt, um beispielsweise ein einfaches “Plug&Play” und die digitale Kommunikation der modularen Anlagen untereinander zu ermöglichen.

Nur so ist ein schneller Austausch von Modulen möglich. Gleichzeitig gilt es auch, große Datenmengen („Big Data“), wie sie beispielsweise Echtzeitsensor-Netze liefern, zu analysieren. Für all diese Anforderungen benötigt die chemische Industrie neben der entsprechenden Hardware und geeigneten Algorithmen auch qualifiziertes Fachpersonal („Chemotroniker“, „IT-Chemiker“).

Produktionsseitig ist in der Fein- und Spezialchemie seit Jahren ein Trend zu modularer und kontinuierlicher Produktion auszumachen. Diese bei weitem noch nicht abgeschlossene Entwicklung soll der Branche dabei helfen, den zunehmend individuellen Kundenansprüchen zeitnah und ökonomisch zu entsprechen. Neuartige digitale Steuerungselemente und –software sind hierbei wichtig, um tatsächlich ökonomisch in Kleinstmengen individuell zu produzieren.

Neben all den genannten Beispielen liegt für die Chemiebranche das wahrscheinlich größte Entwicklungspotential in digitalen Service-orientierten Geschäftsmodellen. Die Weiterentwicklung der Agrarchemie hin zu einer Service-orientierten Branche, die dem Kunden einen Mehrwert durch die Kombination von Daten (Wetter, Schädlingsbefall, Bodenbeschaffenheit) und Agrarchemieprodukten verkauft, zeigt beispielhaft auf, welche Möglichkeiten in der Fein- und Spezialchemiebranche bestehen, bestehende Geschäftsmodelle weiter zu entwickeln und neue zu schaffen – unerlässliche Schritte zur Sicherung des Innovations- und Produktionsstandortes Deutschland. Wir wollen mit diesem Whitepaper auch einen Anstoß geben, die Diskussion über neue Geschäftsmodelle, die in unserer Industrie erst begonnen hat, weiter zu intensivieren und die Chancen zu nutzen.

Soweit in Kürze das Zwischenfazit des Whitepapers. Es handelt sich um eine „Work in Progress“ – auch deshalb haben wir davon abgesehen, es in gedruckter Form zu verteilen. Es ist stattdessen im DECHEMA-Blog veröffentlicht, wo wir uns Rückmeldungen und Ergänzungen aus unserer Community wünschen. Wir denken dabei auch an die Experten, die in den einzelnen Unternehmen intensiv mit der Digitalisierung befasst sind – auch wenn sich das Whitepaper im Ergebnis weniger an diese richtet, sondern eher an all die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Prozessindustrie, für die die Digitalisierung bislang ein großes, aber wenig greifbares Thema ist.

Wir freuen uns, wenn auch Sie als Fachmedien unsere Einladung annehmen, sich an der Entwicklung einer stringenten Vision einer digitalisierten Chemieindustrie zu beteiligen.

Zum whitepaper-digitalisierung_final

 

ProcessNet-Jahrestagung und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen 14. September 2016, 17.15 – 18.30 Uhr Eurogress Aachen, Raum Brüssel Forschung in Deutschland, Produktion in China – das war gestern. Mittlerweile sind Forschungseinrichtungen über den ganzen Globus verteilt. Und das gilt nicht nur für die Industrie: Immer mehr Hochschulen kooperieren mit Universitäten in aller Welt oder gründen gar […]

über Podiumsdiskussion: Forschen und Entwickeln in einer globalen Welt — ProcessNet – Wir schaffen Zukunft!

turbine-471953_1920Energieeffizienz und Schadstoffminimierung spielen eine wichtige Rolle, damit die gesetzten Klimaziele erreicht werden. Leichte Bauteile und höhere Betriebstemperaturen können beispielsweise thermischen Anlagen und Turbinen klimafreundlicher machen. Mit leichten Bauteilen können bewegliche Komponenten schneller angefahren und angehalten werden. Durch höhere Temperaturen wird die Effizienz gesteigert.

Titan-Legierungen werden wegen ihrer Eigenschaften häufig als Strukturwerkstoffe eingesetzt. Dank ihrer geringen Dichte (ca. 4,5 g / cm³) und guten mechanischen Eigenschaften eignen sie sich hervorragend als Leichtbaumaterial. Allerdings treten bereits oberhalb von 500 °C Schäden durch Korrosion und Oxidation auf.

Bauteile in stationären Gasturbinen und in Hochdruckturbinen von Flugtriebwerken bestehen aus Nickel-Basislegierungen. Damit sie Temperaturen von 900 °C standhalten, muss aufwändig ein komplexes Wärmedämmschichtsystem aufgebracht werden.

Bisher werden die Oberflächen der beiden Legierungen durch Beschichtung aus der Gasphase (PVD) oder durch thermische Spritzverfahren (VPS) geschützt. Bei der Abscheidung aus der Gasphase wird das Beschichtungsmaterial im Vakuum verdampft und kondensiert auf der Oberfläche des Substrats. Beim VPS-Verfahren wird Beschichtungsmaterial durch eine mehrere 1000 Grad heiße Plasmaflamme auf das Substrat gespritzt. Für beide Verfahren sind mehrere Prozessschritte notwendig. Die so erzeugten Schutzschichten sind relativ dick (>50 um) und häufig spröde.

Wissenschaftler des DECHEMA-Forschungsinstituts versuchen, in diesem Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung durch ein kostengünstiges Pulverpackverfahren in einem einstufigen Prozess die Oberflächen von Titan- und Nickel-Legierungen zu schützen, so dass auch Einsätze bei Temperaturen bis zu 1.100 °C über einen längeren Zeitraum möglich werden. Beim Pulverpackverfahren werden beispielsweise Aluminium, Chrom oder Silizium eingesetzt. Sie bilden gasförmige Halogenide, die für den Transport der Metalle an die Werkstoffoberfläche verantwortlich sind. Sie bilden homogene Metallschichten auf den Oberflächen, die wiederum resistente Oxidschichten ausbilden. In diesem Forschungsprojekt wird mit einer dünnen Aluminiumdiffusionsschicht (< 10 um) gearbeitet. Sie bildet eine sehr gut schützende α-Aluminiumoxidschicht aus, die die Lebensdauer erheblich verlängert. Die so optimierten Nickel- und Titan-Legierungen können in oxidierender Umgebung bei hohen Temperaturen beispielsweise im Industrieofenbau, der Automobil-, Luft-, Raumfahrt- und Gasturbinenindustrie eingesetzt werden.

Zum IGF-Projekt 18947N Hochtemperaturoxidationsschutz für technische Titan- und Nickellegierungen durch kombinierte Alitierung und Fluorierung in einem einstufigen Prozess

Integration, Individualisierung, Globalisierung – diese Trends werden die Biotechnologie und Verfahrenstechnik von morgen prägen. Und sie prägen auch das Programm der ProcessNet-Jahrestagung und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen vom 12. bis 15. September 2016 in Aachen. Unter dem Generalthema „Nächste Generation von Produkten und Prozessen“ werden aktuelle Entwicklungen der chemischen Verfahrenstechnik und der Biotechnologie beleuchtet. Erstmals […]

über ProcessNet-Jahrestagung und 32. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen: Das volle Programm — ProcessNet – Wir schaffen Zukunft!

15 Antragsteller von 11 Hochschulen können sich seit 1. Juli 2016 über ein Max-Buchner-Forschungsstipendium freuen. Die geförderten Themen reichen von der Synthese von Nano-und Mikropartikeln über „gedruckte“ Protein-Gele bis hin zur enantioselektiven Synthese entzündungshemmender Wirkstoffe. Die Stipendien in Höhe von 10.000 Euro pro Vorhaben kommen Nachwuchswissenschaftlern in Chemischer Technik, Verfahrenstechnik und Biotechnologie sowie angrenzenden Gebieten zugute und sollen vor allem interdisziplinäre Ansätze fördern. Auch explorierende Arbeiten zur Vorbereitung von Anträgen bei DFG und anderen Förderorganisationen können so unterstützt werden.

Die geförderten Arbeiten 2016/2017 sind:

  • Experimentelle Untersuchungen zum Eisenoxidationsweg bei dem neuartigen acidophilen eisenoxidierenden Bakterium „Ferrovum“ sp., TU Bergakademie Freiberg
  • Biosynthese der polychlorierten Biaryl-Naturstoffe Ambigol A und B, Technische Universität München
  • Wellplate NMR System (WELLMRS), Karlsruher Institut für Technologie
  • Akustische-Resonanz-Mischtechnik in der Submerskultivierung höherer Pilze, Universität Hohenheim
  • Kontinuierliche Synthese und Modifikation komplexer Nano- und Mikropartikel in einem 1000 Watt Ultraschall-Multiphasen-Cavitator im Durchfluss, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
  • Mechanisches Legieren zur Herstellung carbidischer MAX-Phasen und Optimierung ihrer magnetischen Eigenschaften durch Dotierung mit späteren Übergangsmetallen, Technische Universität Darmstadt
  • Neuartige Messtechnik für dreidimensionale Schaumströmung, TU Dresden
  • TAP Experimente bei Atmosphärendruck, Technische Universität Hamburg-Harburg
  • Selective synthesis of active Cu-oxo clusters in zeolites for methane activation at low temperatures, Technische Universität München
  • Synthese und Charakterisierung von Biuretderivaten zur Extraktion von Anionen, Technische Universität Dresden
  • Thermodynamische Stoffdatenmodellierung für die Simulation der Herstellung von Wertstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen, Technische Universität Kaiserslautern
  • Neue Liganden zur enantioselektiven Synthese von entzündungshemmenden Wirkstoffen, Universität Regensburg
  • Anwendung des Bonded-Particle-Models für die Modellierung der Packungen von nicht-sphärischen Partikeln,            Technische Universität Hamburg-Harburg
  • Getriggerte Gelbildung von Proteinen – vom 3D-Druck zur verfahrenstechnischen Anwendung, Universität Hohenheim
  • Auswirkung kurzer Fasern in anisotrop-gelierenden Geweberegenerationsmatrizen auf gerichtetes Nervenzellwachstum, DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials

Die gemeinnützige Max-Buchner-Forschungsstiftung wurde 1936 ins Leben gerufen und begründet die aktive Forschungsförderung der DECHEMA, von der sie ehrenamtlich verwaltet wird. Die Stiftung wird durch Spenden insbesondere der ACHEMA-Aussteller und Besucher finanziert. Seit ihrem Bestehen konnte die Max-Buchner-Forschungsstiftung 3750 Jahresstipendien für Forschungsarbeiten junger Wissenschaftler vergeben. Die Ergebnisse der geförderten Arbeiten stehen der Allgemeinheit zur Verfügung.

Anträge für die Förderperiode 2017/2018 können bis zum 15. September 2016 eingereicht werden: Antragseinreichung für die Förderperiode 2017/2018

 

Seit mittlerweile mehreren Jahren präsentieren wir an dieser Stelle einmal im Monat das „Projekt des Monats“. „Im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung“ heißt es da oft – aber was ist das, wie funktioniert es und woher kommt das Geld? Das beleuchtet die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF in einem neuen Erklärfilm, der auf YouTube oder der Seite der AiF zu finden ist – einfach auf das Bild klicken.

AiF-Video

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Nicht gleichmäßig gepackt

Chromatographie bleibt bei unseren „Projekten des Monats“ ein Dauerbrenner – kein Wunder, denn wenige Verfahren sind so vielseitig einsetzbar. Besonders für makromolekluare Bioprodukte – beispielsweise Proteine für den Einsatz in der Pharmazie – sind präparative Chromatographieverfahren das Mittel der Wahl; sie lassen sich genau auf die wertvollen Produkte anpassen und sind sehr schonend. Doch vor der chromatographischen Trennung kommt das Packen der Säule – das Einfüllen der stationären Phase. Das muss möglichst gleichmäßig geschehen, ohne Hohlräume oder Luftblasen. Allerdings mangelt es an robusten Packmethoden, und oft zeigen sie während des Betriebs eine unzureichende Stabilität. Das liegt daran, dass hydrodynamische Vorgänge während des Packens und des Langzeitbetriebs nicht berücksichtigt werden. In einem Vorhaben der industriellen Gemeinschaftsforschung wollen Wissenschaftler der TUM deshalb verbesserte Packmethoden entwickeln, damit die eingesetzten Medien über lange Zeiträume stabil bleiben. Während des Packvorgangs und des Dauerbetriebs soll dafür Ultraschall eingesetzt werden. Frequenzmodulierte, nicht-kavitierende, überlagerte Ultraschallwellen führen zu einer oszillierenden Bewegung der Chromatographiepartikel, wodurch interpartikuläre Hohlräume minimiert werden – die Teilchen werden quasi „zurechtgeruckelt“, bis sie gleichmäßig und nahezu lückenlos gepackt sind. Durch das homogenere Chromatographiebett erhöht sich unter anderem die Standzeit, also die Dauer, für die die Säule genutzt werden kann.

Chromatographieanlagen werden häufig von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) betrieben, die Auftragshersteller für die Pharma- und Chemieindustrie sind. Verbesserte Chromatographieverfahren haben für diese KMU eine hohe wirtschaftliche Bedeutung, da durch die Implementierung von neuen Konzepten deutliche Kosteneinsparungen zu erwarten sind. Hierdurch kann ein signifikanter Wettbewerbsvorteil entstehen.

Mehr zum Projekt Verbesserung der Packmethodik und der Betriebsstabilität von Chromatographieverfahren für die präparative Aufreinigung von makromolekularen Bioprodukten (18146 N)