Fachgruppe Advanced Fluids

Vorsitz: Prof. Dr. Peter Wasserscheid, Universität Erlangen-Nürnberg

I. Ziele

Die Fachgruppe wurde im Oktober 2007 aus dem seit September 2003 bestehenden temporären Arbeitskreis 'Alternative Lösungsmittelsysteme für technische Anwendungen, Advanced Solvents Systems for Technical Applications (AS2TA)' gegründet, um die Entwicklung und Nutzung alternativer Lösungsmittelkonzepte für technische Verfahren zu fördern. Ausgangspunkt der Gründungsinitiative war die Erkenntnis, dass die richtige Wahl des Reaktions- bzw. Trennmediums für zahlreiche chemische und biotechnologische Verfahren, aber auch für die Gestaltung von Produkten und im Sinne der Nachhaltigkeit von großer Bedeutung ist. Nachfolgend werden die unterschiedlichen Lösungsmittelkonzepte unter dem Begriff 'Advanced Fluids' zusammengefasst.

II. Schnittstellen zu anderen Gremien

Die Thematik der Advanced Fluids ist in hohem Maße interdisziplinär ausgerichtet, da deren Einsatzgebiete sehr vielfältig sind. Die Fachsektion pflegt daher Kontakte zu einer Vielzahl anderer ProcessNet-Gremien, um auch dort die Thematik der 'Advanced Fluids' bekannt zu machen und zu verankern. Als eine geeignete Möglichkeit dafür werden gemeinsame Veranstaltungen angesehen, in denen gezielt der Einsatz von 'Advanced Fluids' in den jeweiligen Bereichen diskutiert werden soll. Vielversprechende Einsatzgebiete der 'Advanced Fluids' umfassen nach Meinung des Arbeitskreises die Gebiete Reaktion/Katalyse (inkl. Biokatalyse), Stofftrennung, Elektrochemie, Performance Additives, Engineering Fluids, Analytik/Sensorik und Reinigungsprozesse. Es bestehen enge Kooperationen mit den entsprechenden ProcessNet-Gremien bzw. diese werden angestrebt.

III. Aktivitäten

Die Fachgruppe dient vor allem als Plattform der Kommunikation und des Informationsaustauschs auf dem Gebiet der Advanced Fluids. Im Folgenden sind die wichtigsten Aktivitäten der Fachgruppe dargestellt:

• Konzeption und Organisation der Konferenzreihe 'Green Solvents'

Seit dem Jahr 2000 findet alle zwei Jahre die internationale Konferenz 'Green Solvents for…' mit wechselndem thematischem Fokus statt, an dessen wissenschaftlicher Konzeption und Organisation die Fachsektion wesentlich beteiligt ist. An der Konferenz nehmen regelmäßig rund 200 Wissenschaftler teil.

• Mitgliederversammlungen mit wissenschaftlichem Vortragsprogramm

Bei den Mitgliederversammlungen wird ein intensiver Austausch zwischen akademischen und industriellen Forschern angestrebt. Weiterhin dienen sie der Förderung der Kommunikation und des Informationsaustauschs zwischen Chemikern, Ingenieuren, Anlagenbauern und Anwendern bei der Frage, welche spezifischen Probleme für die technische Nutzung der 'Advanced Fluids' noch zu lösen sind (Datenmangel, Schnittstellen bei der Prozessentwicklung etc.).

• Forschungsförderung

Die Fachgruppe verfolgt die Intensivierung und Pflege der Kontakte zu Einrichtungen der Forschungsförderung. Mit der erfolgreichen Beantragung eines DFG-Schwer­punkt­programms 'Ionische Flüssigkeiten (SPP 1191)' und mit der Einrichtung eines speziellen Forschungsprogramms 'Ionische Flüssigkeiten – Advanced Fluids' bei der Deutschen Bundesstiftung Umwelt konnte bereits der Arbeitskreis gute Erfolge verzeichnen.

• Öffentlichkeitsarbeit

Schaffung eines breiten Bewusstseins für die Innovationspotenziale, die sich mit der technischen Nutzung von 'Advanced Fluids' verbinden. Die Öffentlichkeitsarbeit der Fachsektion bezieht sich dabei auf alle Ebenen der öffentlichen Wahrnehmung der neuen Technologien, also sowohl auf die Kommunikation mit Einrichtungen der öffentlichen Forschungsförderung (DFG, BMBF, EU, DBU) als auch auf Genehmigungsbehörden, Umweltpolitik oder Presse.

IV. Fachliche Inhalte

Beispiele für 'Advanced Fluids' sind nach Meinung der Fachsektion ionische Flüssigkeiten, überkritische Medien (vor allem überkritisches CO₂ und überkritisches Wasser), Wasser, flüssige Polymere, PEG-Alkohole und -Ether sowie thermomorphe Lösungsmittelsysteme:

• Ionische Flüssigkeiten

Ionische Flüssigkeiten sind Salze mit Schmelzpunkten von unter 100°C. Sie zeichnen sich durch ihre ionische Natur und insbesondere durch ihre extrem geringe Flüchtigkeit aus. Zahlreiche ionische Flüssigkeiten besitzen einzigartige Eigenschaftsprofile, die sich in neuen, effizienteren Verfahren gezielt nutzen lassen.

• Überkritische Fluide

Jenseits einer bestimmten Temperatur (kritischer Punkt) lassen sich Gase auch durch Anwendung hoher Drücke nicht mehr verflüssigen. Solche überkritischen Fluide vereinen die Eigenschaften von Gas- und Flüssigphase. Sie sind in der Lage, Stoffe zu lösen, wobei die Lösungsmitteleigenschaften durch geringe Änderungen von Druck und Temperatur variiert werden können.

• Wasser

Wasser ist das älteste und das am besten erforschte Lösungsmittel. Dennoch liegt in der geschickten Kombination von Wasser mit anderen 'Advanced Fluids' nach der Meinung der Fachsektion ein großes Potenzial für neue technische Anwendungen.

• PEG-Alkohole und –Ether

Polyethylenglykole (PEG) sind in unterschiedlichen Molekulargewichten kostengünstig kommerziell verfügbar und finden vielfältige Anwendungen in der Medizin und im Nahrungsmittelsektor. Die Verbindungen sind toxikologisch und öko-toxikologisch absolut unbedenklich sowie biologisch vollständig abbaubar. Sie sind andererseits für viele Anwendungen chemisch inert und mit unterschiedlichsten Anforderungen kompatibel.

• Hyperbranched polymers

Hyperbranched polymers stellen ebenfalls eine neue Klasse von Flüssigkeiten dar, die sich durch einen extrem niedrigen Dampfdruck auszeichnen. Die Materialien sind mittlerweile in technischen Mengen zu attraktiven Preisen verfügbar und wurden bereits erfolgreich in der thermischen Trenntechnik als Entrainerflüssigkeiten eingesetzt.

• Thermomorphe Lösungsmittelsysteme (TML-Systeme)

Temperaturgesteuerte Lösungsmittelsysteme werden bisher erfolgreich bei homogenkatalysierten Reaktionen eingesetzt: Bei der Verwendung von homogenen Übergangsmetallkatalysatoren in technischen Reaktionen ist die Rückführung des Katalysators in vielen Fällen essentiell für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist die Durchführung der Reaktion in temperaturgesteuerten Flüssig-Flüssig-Zweiphasensystemen (FFZP). Bei diesen FFZP liegt das Gemisch bei Reaktionstemperatur einphasig vor und die Reaktion verläuft ohne Stofftransportprobleme.