• Wir forschen an der Katalysatorentwicklung für viele Anwendungen aus dem Bereich der Emissionsminderung (Luftschadstoffe wie Kohlenmonoxid, unverbrannte und teilverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie Geruchsstoffe). 
• Die Materialentwicklung findet unmittelbar auf dem keramischen oder metallischen Substrat statt (z.B. 1 Zoll Wabenkörper). Ein späterer Tarnsfer auf Katalysatoren mit größeren Querschnitten ist problemlos zu realisieren. Die Arbeiten beinhalten somit auch die Entwicklung geeigneter Katalysatorslurrys.
• Die Entwicklung von Beschichtungsvorschriften und Katalysatorslurrys ist auch als Dienstleistung möglich.

• Wir forschen an der gezielten Entwickung von Dual-Layer-Katalysatoren oder Katalysatoren mit definierten Zonen für anspruchsvolle Anwendungen. Möglich ist dies für Katalysatoren von 1" bis 12 " Durchmesser und 6" Länge.
• Die Designenentwicklung wird von theoretischen Studien begleitet, wofür effektive Difussionskoeffizienten mittels einer Difussionsmesszelle gemessen werden.
• Die optische Analyse erfolgt mittles Querschnittsaufnahmen von in Harz eingebetteten Katalysatoren über Elektronenmikroskopie (inkl. EDX) oder Lasermikroskopie.
• Die Analyse von Katalysatoren auch nach chemischer oder mechanischer Vergiftung ist möglich!

• Wir beschichten Katalysatoren in metallischer oder keramischer Form mit vielen Geometrien. Dies passiert im Rahmen von Forschungsarbeiten, ist aber auch als Dienstleistungsauftrag möglich.
• Die Beschichtung erfolgt aus Katalysatorslurrys über klassische Tränkverfahren oder Benetzungsverfahren.
• Ein weiteres Innovatives Verfahren ist die Beschichtung von katalysatorformkörpern mittels Flammenspray-Pyrolse. Hierbei sind nicht nur wasserlösliche Katalysatorbestandteile zur Beschichtung geeignet. Es können konventionelle Katalysatorslurrys über den Flammendurchgang auf den Formkörpern gleichmäßig abgeschieden werden. In der aktuellen Konfigurationen können Katalysatoren mit einem Durchmesser von 3" und einer Länge von 2" beschichtet werden.

• Dank der Entwicklung eigener Beschichtungsverfahren ist es möglich, günstige Textilien wie PET mit katalytisch wirksamen Materialien zu beschichten, die dauerhaft auf den Textilien immobilisiert sind.
• Die Entwicklung von katalytisch wirksamen Lacken ist ebenso möglich. Getestet werden diese Materialien auf ihre Eigenung als Katalysator sowie als Lack, wie anhand der Kratzprobe zu sehen ist.

In diesem Projekt aus dem Förderinstrument „Profilbildung 2022“ des Landes NRW werden rund um den Werkstoff Textil in Laboren verschiedener Fachbereiche und Disziplinen Forschungsarbeiten durchgeführt, bei denen erstmalig Ressourcenverbräuche und Gefährdungspotentiale der Versuchsreihen erfasst werden. So sollen bei anwendungsorientierten Fragestellungen ökologische, ökonomische aber auch soziale Nachhaltigkeitsaspekte bereits im Forschungsansatz besser eingebunden werden. 

Die Projektleitung hat Prof. Dr. Andreas Roppertz (FB Chemie).

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Problem: Organische Produkte wie Insekten, Fischreste und Schweinehaut werden in industriellen Mahlanlagen zerkleinert und getrocknet, um anschließend als Zusatzstoff in der Lebensmittelindustrie ihren Einsatz zu finden. In diesen industriellen Prozessen werden die vermahlenen Produktpartikel quantitativ an Luftfiltern abgeschieden. Die Reinheit (Grad der Partikelabscheidung) der Abluft solcher Mahlanlagen ist gesetzlich reguliert. Künftige gesetzliche Regularien erfordern zudem, dass auch flüchtige organische Komponenten aus den Mahlanlagen quantitativ beseitigt werden müssen, wofür große nachgeschaltete Katalysatoren nötig wären. Ein effizienterer Weg zur Schadstoffminderung ist, die katalytische Funktionalität direkt auf den Filter zu bringen. Die HSNR hat in Voruntersuchungen zeigen können, dass Filtermaterialien grundsätzlich mit katalytisch wirksamen Materialien ausgerüstet werden können, ohne dass diese ihre ursprüngliche Filterwirkung verlieren. Die Funktionalität des Filters konnte bereits an der Umwandlung von toxischem Kohlenmonoxid zu unbedenklichem Kohlendioxid nachgewiesen werden, wobei die Permanenz der Immobilisierung der katalytisch wirksamen Partikel noch deutlich erhöht werden müsste. Das DTNW verfügt über eine langjährige Expertise auf dem Gebiet der Immobilisierung unterschiedlichster Kataly-satoren an textilen Trägermaterialien. Die Bündelung beider Kompetenzen verspricht die Entwicklung eines neuartigen Produktes im Bereich der Reinluftfilter.

Ziel: Ziel in diesem vom AiF geförderten Projekt ist die dauerhafte Immobilisierung von katalytisch wirksamen Partikeln an industriellen Feinstaubfiltern, sodass gleichzeitig feste Stäube zurückgehalten, aber nun auch zusätzlich Schadgaskomponenten wie Kohlenmonoxid und andere flüchtige organische Verbindungen quantitativ aus der Prozessabluft eliminiert werden können.

Lösungsweg: Mithilfe verschiedener Immobilisierungsmethoden (Sol-Gel-Verfahren, Abscheidung aus Dispersionen oder scCO2) sollen oxidische bzw. metallische Katalysatoren dauerhaft an textilbasierten Reinluftfiltern immobilisiert werden. Die Funktionsweise in der Gasphase soll anhand von ausgesuchten Beispielreaktionen getestet und unter Erhalt der Filter-wirkung für Partikel optimiert werden.

Zielgruppen: Hersteller von Filtermaterialien und Anlagenbetreiber, die ihre Abluft von Schadstoffen befreien müssen. Hier zu nennen sind insbesondere Mahlanlagenbe-treiber, wie sie zu tausenden in Deutschland/Europa vorkommen.

Nutzen für Zielgruppen: Durch die Neuentwicklung kann die technisch aufwän-dige Nachrüstung der Abluftbehandlung eingespart werden.

Output/ Ergebnis: Entwicklung eines neuartigen Textils mit daran immobilisierten Katalysatoren zur Schadstoffminderung in technischen Anlagen.

Ziel des beschriebenen Vorhabens SCR-maxT ist es, einen SCR-Katalysator zu entwickeln, der bei  Temperaturen bis zu 600 °C Stickoxidumsätze von über 85 % erreicht und diese langfristig über die Betriebsdauer aufrechterhält.

Mithilfe des innovativen Prozesses der Flammenspray-Pyrolyse soll es dabei ermöglicht werden, eine neuartige Materialstruktur des Katalysators zu erzeugen, indem feindispergierte und hochtemperaturstabile V2O5-Spezies auf ein thermisch stabilisiertes oberflächenreiches Al2O3 aufgebracht werden. Dazu wird zunächst das Syntheseverfahren aufgebaut, um anschließend an der Apparatur das katalytische Material zu entwickeln. Die Firma Emission Partner wird bei der Entwicklung von der Hochschule Niederrhein unterstützt, die mithilfe geeigneter Apparate und Methoden die entwickelten Materialien prüft und analysiert, um wichtige Erkenntnisse für die weitere Materialentwicklung zu liefern.

Schlussendlich soll ein fertiger Katalysator entstehen, der den Zielmarkt der von den Regularien der 44. BImSchV betroffenen BHKW-Anlagen mit Abgasen im Hochtemperaturbereich bedient. Emission Partner und die Hochschule Niederrhein nehmen somit eine Vorreiterrolle in diesem Marktsegment ein, das bisher durch keinen Marktbegleiter bedient werden kann. Außerdem können wertvolle Erkenntnisse über Struktur- Aktivitätsbeziehungen von katalytischen Materialien in der SCR-Reaktion gewonnen und verwertet werden.

Das Projekt wird gefördert im Programm KMU Innovativ des BMBF.

Das Lehrprojekt „Digitale Transformation von Abschlussarbeiten (DigtA)“ konzentriert sich darauf, Projekt- und Abschlussarbeiten nicht mehr konventionell, sondern komplett digital zu dokumentieren. Durch die Förderung innerhalb der Förderlinie Digi Fellowship vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft NRW werden Templates entwickelt, mit denen sich Daten erfassen lassen und die über Verlinkungen zu verschiedenen Kursen auf der Lernplattform "Moodle" Interaktivität erzeugen. Auf diese Weise sollen die Studierendenihre Kompetenzen in der Wissenschaftskommunikation trainieren und auf die Bedienung von in der Industrie gängigen Datenmanagementsystemen vorbereitet werden.

Im (Labor-) Praktikum sind Studierende oftmals gefordert, experimentell erhaltene Daten wissenschaftlich korrekt darzustellen und v.a. den Experimentaufbau (und seine Modifizierungen) exakt zu dokumentieren. Durch die  interne Le/Ni- Lehrförderung konnte ich meine Lehre so anpassen, dass anstelle eines Protokolls ein technischen Bericht angefertigt wird. Dies erledigen die Studierenden in Gruppenarbeit und kann  anschließend von anderen Gruppen für die Reproduktion nachgenutzt werden. Mittels Peer-Feedback diskutieren die Studierendengruppen die Qualität und Bedeutung der wissenschaftlichen Dokumentation.
 

Im Jahr 2023 entstand das Foto der bisherigen Arbeitsgruppe vor dem Eingang in unser Labor.