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Archive for the ‘Verfahrenstechnik’ Category

Im ersten Teil des Interviews mit Dr. Peter Ripplinger ging es um aktuelle und zukünftige Märkte für Produkte aus Mikroalgen. Im zweiten Teil steht die energetische Nutzung im Mittelpunkt.

Wie sehen Sie die Zukunft der energetischen Nutzung?

Nach wie vor gibt es sicher langfristig Konzepte, bei denen man die energetische Nutzung mit der stofflichen Nutzung koppeln kann. Biofuels werden nur im Kontext einer Bioraffinerie und der Nutzung des Proteinanteils für Futtermittel oder ähnliches umzusetzen sein. Die finanzielle Förderung der EU war dennoch gut angelegtes Geld: Die Unterstützung zur Entwicklung von  Biofuels hat sehr geholfen, die Technologie zu skalieren und dadurch  viele Fragestellungen zur Absenkung der Investitionskosten und –Betriebskosten zu klären. Ich erinnere nur an die mögliche Nutzung von Rauchgasen; wir haben in mehreren Projekten gezeigt, dass das ein gangbarer Weg ist, um die Produktionskosten auch für Futtermittel für die Aquakultur oder andere Anwendungen maßgeblich abzusenken, und das hatte ursprünglich die Biofuel-Produktion zum Ziel.

Besonders die Flüge mit Algenkerosin haben viel öffentliche Aufmerksamkeit erregt. Wie bewerten Sie diese Technologie?

Wenn ich das gesamte Optimierungspotenzial summiere, das sowohl im biologischen- und  Produktionssystem als auch in der Aufarbeitung liegt, kann es Wege dahin geben. Das heißt, dass ich die biologische Optimierung konsequent umsetzen und durch gentechnische Maßnahmen die Photosynthese-Effizienz und ggf. auch den Lipidgehalt optimieren muss. Dazu kommt die Frage der Aufarbeitung. Es könnte sein, dass die Nutzung der gesamten Algenbiomasse über Hydrothermal Liquefaction im HTL-Verfahren einen gangbaren Weg darstellt – immer unter der Voraussetzung, dass auch der Ölpreis gewaltig ansteigt und die Schere sich schließt. Ich will das nicht ausschließen, aber es ist sicherlich ein langer Weg.

Lesen Sie im 3. Teil des Interviews am 24.7.2017, wie die deutsche Algenbiotechnologie im internationalen Vergleich dasteht.

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RipplingerAm 11. und 12. September 2017 findet der 10. Bundesalgenstammtisch statt. Das zehnjährige Jubiläum gibt Anlass für einen Rück- und Ausblick im Interview mit Dr. Peter Ripplinger, stellvertretender Vorsitzender der DECHEMA-Fachgruppe Algenbiotechnologie und Geschäftsführer der Subitec GmbH.

 

Wie hat sich die Algenbiotechnologie in den letzten zehn Jahren entwickelt?

In den letzten zehn Jahren hat eine gewisse Skalierung stattgefunden: Raus aus dem Labor, hin zu Pilotanlagen und dort, wo schon Märkte existieren, auch in die Produktion.

Ein ganz großer Trend ging weg von der energetischen und hin zur stofflichen Nutzung. Vor zehn Jahren stand das Thema Biofuels national und international noch ganz weit oben auf der Agenda. Auch die europäische Community hat sich zuerst mit mehreren großen EU-Projekten und dem nationalen Projekt AUFWIND auf dieses Thema konzentriert. Dadurch entstanden unter anderem in Portugal und Spanien große Anlagen, und man konnte die Möglichkeiten der Skalierung für verschiedene Systeme vom geschlossenen Reaktor bis zum Open Pond austesten. Dazu hat man wichtige Aufgabenstellungen wie Medienrecycling, Rauchgasnutzung, eine Erhöhung des Automatisierungsgrades bearbeitet; man lernte in der Prozessführung dazu und ebenso beim Umgang mit Kontaminationen – alles zusammen führt dazu, dass sich die Technik enorm weiterentwickelt, und das ist wichtig für die Senkung der Produktionskosten – und damit auch für die Erschließung neuer Anwendungsfelder.

Was sind heute und in naher Zukunft die wichtigsten Märkte?

Es gibt ganz klar einen existierenden Markt im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel, ob Astaxanthin, Omega-3-Fettsäuren oder „Ganzalgen“ – also Spirulina oder die neue ökozertifizierte Chlorella. Dieser Markt entwickelt sich sehr positiv – diese Entwicklung wird in jüngster Zeit auch – durch die Normungsaktivitäten von CEN und DINunterstützt. Es zeichnet sich zudem ab, dass durch die Überarbeitung der Novel-Food-Verordnung die Zulassung von Algen als Nahrungsergänzungsmittel erleichtert wird. Bisher war das eine hohe Hürde, denn die Firmen im Algenbereich sind meist klein; die Zulassung ist mit hohen Kosten verbunden und der mangelnde Schutz vor Nachahmern führt zu einer starken Unsicherheit.

Ein weiterer Markt, der beständig wächst und in dem sich Algen schon gut etabliert haben, ist die Aquakultur. Bisher nicht industriell genutzte Mikroalgen werden zunehmend in der Larvenaufzucht bei neuen Fischarten eingesetzt. Synthetisches Astaxanthin, das bisher in der Lachszucht für die Rotfärbung sorgt, kann nun auch aus der Mikroalge Hämatococcus pluvialis auf natürliche Weise gewonnen werden um die Märkte für Biofisch zu erschließen. Evonik und DSM haben im März 2017 ein Joint Venture zur heterotrophen Produktion von Algenöl gegründet, um das knapper werdende Fischöl in der Lachszucht zu ersetzen. Viele Algenfirmen, gerade aus dem ehemaligen Biofuel-Sektor,  arbeiten auch an der photoautotrophen Produktion von Algen als Futtermittel.

Der dritte Bereich sind Nischen im Bereich der Kosmetik und vielleicht mittelfristig auch im Pharmabereich. Die Proteinproduktion in Algen hat wegen der Glykosilierungsmuster Vorteile gegenüber tierischen Zellen; diese Arbeiten sind aber noch im Entwicklungsstadium.

Lesen Sie im zweiten Teil des Interviews, welche Perspektiven für die energetische Nutzung von Mikroalgen bestehen.

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„More than 50% of the companies are not willing to invest in Big Data Applications. These companies will go bankrupt over the next 10 years“. A provoking statement made by Thomas Froese from atlan-tec, a software developing company specializing on process optimization and data mining. And yet, there are many who share his view: Huub Rutten,Sopheon, points in the same direction when he says that „companies that think Big Data Analytics is something for their marketing department, and not relevant to all other functions, will not have a long life anymore.“

The awareness in the process industry is there: According to Accenture’s Digitals Chemicals Survey in 2014, 79% of chemical industry executive expected digital to make the greatest impact over the next five years through improved productivity. On the other hand, only 58% were embracing digital to gain a competitive advantage over industry peers. Taking the expert statements on competitiveness into account, there seems to exist a potentially dangerous gap – big data is introduced, but it might in some cases be too little, too late.

Predictive Big Data Analytics and Machine Learning will transform most industries by supporting better informed and more customized decisions by both, humans and machines, increasing agility and efficiency, lowering costs, enabling better and more customized products and services, forecasting risks and opportunities, and increasing automation. Early adopters will gain significant competitive advantages, while others are likely to be left behind.

Ralf Klinkenberg, RapidMiner

Big Data analytics has become more and more important to the process industries. Sure, the process industry has always collected data to supervise production processes, to identify disturbances, and to ensure product quality, and this will continue.

The application of data analytics will improve efficiency in the chemical industry!

Matthias Hartman, ThyssenKrupp System Engineering

But with the tremendous increase in data storage and processing capacities, new algorithms have become accessible. They open up new market opportunities, enabling process advantages and cost reductions within the production, decreasing time to market and, ultimately, making new customized and individualized products accessible. The application areas in which data analytics can be used profitably are diverse and in process industries nowhere near exhausted.

In the process industry, digital technology provides actionable solutions to challenges and groundbreaking opportunities for innovation.

Matthias Feuerstein, Microsoft

Provided the data is collected, analyzed and used intelligently and efficiently, as Benjamin Klöpper, ABB Research Center, points out:The major challenge for Big Data Analytics in Process Industries are not scalable architectures or clever algorithms, but remains to have the right data in the right quality to address relevant and pressing issues. Today’s information system infrastructure often prevent us often from obtaining this right data in an efficient data.“ Adds Nico Zobel, Fraunhofer IFF: „One of the major challenges will be to generate use cases of the analysis of data from heterogeneous sources.” And the sources in the chemical industry are nearly endless.

Chemical space is big. Very big. Published and unpublished data only cover only an exceedingly small part of possible small molecule space. Machine learning and algorithmic prediction tools can help fill in the explored parts of chemical space. What kinds of data sources and prediction tools will come next?

David Flanagan,  Wiley ChemPlanner

Jens Kamionka, T-Systems Multimedia Solutions, widens the scope by taking security issues into account – a major challenge in times of increasing cyberattacks: „Many companies still fail to address security, infrastructure or data quality issues.” Concepts that allow one the one hand the company-wide or even inter-company integration of data streams along value chains, at the same time preventing data leaks and cyberattacks, are the intensely sought after.

And once these questions are solved – are we looking at a future with fully automized, smart plants that anticipate customers’ wishes before they are even aware of them? No, according to the experts. Human intelligence will always have its place. „Big Data opens up many opportunities in different areas of a chemical company. Besides toolsets and technology, mind-set and communication skills are additional success factors for these novel approaches”, says Sindy Thomas, Clarian. And Drazen Nikolic from Ernst & Young sums it up:““If you do not understand the problem, you are not able to frame the right question. “

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Meet these and other experts and discuss what Big Data analytics might mean for your business at the DECHEMA-PRAXISforum “Big Data Analytics in Process Industry”, 1-2 February 2017, Frankfurt. For the full program and registration, click here DECHEMA-PRAXISforum Big Data Analytics in Process Industry

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enzymes-bannerOk, it’s not magic but “hard science” – nonetheless, the performance of enzymes in some applications is really breathtaking, especially compared to “conventional” chemical synthesis routes. As research and development advance and ever more processes make it into industrial applications, some trends emerge that might lead the way for the development of the industry.

  • Combination is key

Even though enzymes are highly selective and can perform reactions that are hardly accessible to the synthetic chemist, there are also reactions where chemical catalysts are superior. Thus, the combination of chemical and enzymatic steps is the key to efficient synthetic pathways. Researchers are working on reaction cascades in one-pot systems with compartments where different steps are performed successively without cost-intensive intermediary purifications steps. To avoid solvent incompatibilities – enzymatic reactions usually require aqueous systems, organic chemical reactions are run in organic solvents – gel matrices have been successfully employed.

  • Unlock nature’s tool kit

While “engineered” enzymes may offer perfect properties, there remain applickey-1020000_640ations e.g. in the food industry calling for naturally-occuring enzymes. Fortunately, nature’s tool kit has an almost unlimited supply of different enzymes – turning the identification into the literal search in the haystack. Modern bioinformatics, a better understanding of metabolic pathways and genome mining methods allow for the screening of tens of thousands of genomes to find the right sequence and, hence, the most appropriate natural enzyme.

  • Design your own

Thanks to growing information on the structural biology of proteins, powerful bioinformatics and the integration of databases “tailor-made” enzymes have become more easily accessible. However, designing enzymes and enzymatic systems with desired properties, is still labour-intensive and time-consuming, especially with regard to structural analyses.

  • Leash your enzyme to unleash its potentialdog-1015660_640

Currently, cost is a major hurdle for the use of enzymes, especially if they cannot or only at high cost be recovered from the reaction. Immobilisation is the solution to this problem. A number of methods is available, ranging from the adsorption or covalent binding to mostly  textile carrier materials or covalent links between the enzyme molecules. Another principle is the encapsulation of enzymes in polymer networks or membranes. However, as the performance of an enzyme depends on its tertiary and quarternary structure, enzyme activity may be influenced negatively by the immobilisation. Other problems include steric factors hindering substrate access to the catalytic center. Thus, experts are still searching for more general immobilization procedures that reduce cost and allow for more or less “standardized” process designs.

  • Regard the bigger picture

Even the best enzymatic process is limited by poor reaction technology. Reactor designs that allow for tapping the full potential of the kinetics of enzymatic reactions are still being explored. The challenge lies not least in ensuring maximum mass transfer with minimum shearing of the enzyme-carriers. Thus,chemistry-1027781_640 the cooperation of biotechnologists, organic chemists and process engineers is crucial to ensure the most efficient – and consequently competitive process.

Do you want to know more? Join the PRAXISforum “Enzymes for Industrial Applications” on 8-9 November 2016 in Frankfurt

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Nachwuchswissenschaftler aus ganz Deutschland trafen sich zur NaWuReT-Summerschool in Bayreuth Dr.-Ing. Florian Heym, Chemische Verfahrenstechnik, Universität Bayreuth Die Verfügbarkeit von Ressourcen ist für die chemische Industrie von zentraler Bedeutung. Deshalb stellt sie der Rohstoffwandel vor große Herausforderungen. Die Umsetzung unterschiedlichster Rohstoffe stellt dabei hohe Anforderungen an die Reaktionstechnik. Zu dieser Thematik veranstaltete der Nachwuchs der […]

über Ressourcen und Rohstoffwandel – Was kann die Reaktionstechnik zur Sicherung unserer Zukunft leisten? — ProcessNet – Wir schaffen Zukunft!

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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

 

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