Projekte

In unseren Drittmittel-Forschungsprojekten bearbeiten wir die Eliminierung von diversen Schadstoffen wie Styrol, tert-Butanol, Isobuten, Formaldehyd, MEK, Butoxyethanol, Benzylalkohol, Benzoat, 2-Chlortoluol, Fluorbenzol und anderen sowie Schadstoffgemischen. Dies geschieht auch unter Variation der Umweltfaktoren wie Temperatur, Salinität, Feuchte und pH.

Aktuelle Forschungsprojekte

Flex-Biowäscher (Flex-BWK)

Mittelgeber: AiF Projekt GmbH
Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. DobslawDipl.-Ing. M. KielDipl.-Ing. C. Woiski
Projektpartner: Störk Umwelttechnik GmbH
Projektlaufzeit: 02/2019 - 01/2021
Förderkennzeichen: ZF4045517RE8

Ziel ist die Entwicklung eines Biowäscherssystems zur Behandlung komplexer Abluftströme eines breiten Polaritätsspektrums, um die Vorteile der Biowäschertechnologie (gute Steuer- und Regelbarkeit, niedrige Druckverluste, hohe Durchströmungshomogenität, einfaches pH- und Nährstoffregime, hohe Reinigungseffizienz und insbesondere langzeitstabiler Clogging-freier Anlagenbetrieb durch Biomassencontrolling) gezielt zu nutzen. Um auch lipophile Schadstoffe abbauen zu können, ist die Entwicklung und Applikation eines geeigneten umweltfreundlichen und kostengünstigen Lösungsvermittlers erforderlich. Die durch den Lösungsvermittler bedingte Viskositätsverschiebung der Flüssigphase, ein verändertes Stoffübergangsverhalten von Schadstoffen und Sauerstoff, veränderte Flockenstrukturen in der Mikroflora sowie eine kompetitive Transformation des Lösungsvermittlers und der absorbierten Schadstoffe erfordert die Entwicklung eines neuartigen Verdüsungs- bzw. Dispergierungssystems, neuer Sauerstoffinjektionssysteme sowie Sauerstoffmanagements, eines störungsstabilen Biomassenaustragssystems zur Rückhaltung des Lösevermittlers sowie neuer Auslegungsparameter für Absorber- und Regenerationsstufe.

Funktionalisierte mineralische Verbundstoffe als dielektrische Barriere in der Verfahrenskombination aus dielektrisch behinderter Gasentladung, Mineraladsorber und Biowäscher zur Behandlung von Abluftströmen (MiCoPlAST)

Mittelgeber: BMWi
Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. DobslawDipl.-Ing. S. Helbich
Projektpartner: IGVP (Uni Stuttgart), ITA (RWTH Aachen), PlasmaAir AG, Durtec GmbH, Richter akustik & design GmbH, Liutec Ing.-GmbH
Projektlaufzeit: 04/2018 - 06/2020
Förderkennzeichen: ZF4045515CM7

Entwicklungsziel ist eine energieeffiziente Verfahrenskombination aus einer dielektrisch behinderten Entladung (DBE) mit integrierten photokatalytischen Barrieren, adaptierten Mineraladsorber und Biowäscher zur Behandlung geruchsintensiver VOC-, NH3- und N2O-haltiger Abluftströme, die untergeordnet auch CH4 enthalten. Derartige Abluftströme treten bspw. in der Tierhaltung, Tiermehl- und Klärschlammtrocknung  sowie Abfallkompostierung auf und werden bis dato unzureichend behandelt. Die Entwicklungsfoki liegen auf einem neuartigen, kostengünstigen, photokatalytisch aktiven Verbund als Barrierematerial einer DBE, der bei geringerer Masse eine höhere mechanische Stabilität, eine Hydrophobisierung und eine photokatalytische Wirkung durch Einsatz geeigneter Additive aufweist; ferner in einem auf das Material abgestimmten, frei skalierbaren, leistungsfähigeren Spannungsumrichter sowie in der Erprobung der Verfahrenskombination im Prototypenmaßstab unter artifiziellen und realitätsnahen Abluftbedingungen.
Ergebnisorientierte Modifikationen sind vorzunehmen, um die angestrebten Zielsetzungen umzusetzen (Herstellungskosten - 90 %; Reinigungseffizienz + 35 %, Entkeimungseffizienz min. 99 %).

Sensormodul zur mobilen Emissionsüberwachung von Klärschlämmen (SENSOR)

Mittelgeber: AiF Projekt GmbH
Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. C. Woiski
Projektpartner: Liutec Ing.-GmbH
Projektlaufzeit: 05/2016 - 11/2019
Förderkennzeichen: KF4045503MD5

Die Jahresproduktionsmenge an kommunalem Schlamm und Gülle in der EU-27 liegt bei ca. 11,5 Mio. bzw. 1400 Mio. t TS. Wegen umweltrechtlicher Auflagen ist mittelfristig nur eine thermische Verwertung zulässig, die eine Vortrocknung der Schlämme erfordert. Während Lagerung, Transport und Trocknung entstehen komplexe Ablüfte, die aufgrund unzureichender Charakterisierung selbst durch überdimensionierte Abluftreinigungsanlagen nur unzureichend behandelt werden können und die gesetzlichen Grenzwerte nicht einhalten. Ziel ist die Entwicklung eines inline-fähigen Sensormoduls mit einem auf die Applikation leicht adaptierbarem Sensorarray zur zeitaufgelösten Emissionsüberwachung von Klärschlämmen sowie der softwaregestützten Auswertung, Visualisierung und Speicherung der Messdaten. Durch Korrelation der gemessenen Leitkomponenten mit den nicht im Modul erfassten Abluftkomponenten des Emissionsspektrums kann eine umfängliche prädikative Emissionsabschätzung der Gesamtemissionen vorgenommen werden. Die Umsetzung der Innovation erfordert die begleitende Entwicklung einer hochsensitiven Online-Prozessgasanalytik sowie einer Multigaskalibrierstation zur Quantifizierung der Emissionen.

Abgeschlossene Projekte

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Zielsetzung des Projekts ist die Entwicklung einer lichtbogenbeheizten, strahlungsgekühlten, thermischen Wasserdampfplasmaanlage mit einer Hochtemperaturreaktionszone zur Behandlung von Emissionen an PFCs, wie sie bei Ätz- und Reinigungsprozessen in der Halbleiterindustrie, bei der Aluminiumverhüttung oder Kühlschrankentsorgung anfallen. Durch die Minimierung auftretender Abwärmeverluste bei gleichzeitig hoher Reaktionstemperatur von über 2.500 K in der Plasmazone soll der Energiebedarf des Verfahrens um 25 - 30 % reduziert und der Wirkungsgrad auf über 95 % für alle PFCs (inkl. CF4 bzw. SF6) gegenüber kommerziell verfügbaren Plasmen angehoben werden. Als Maßnahmen hierzu sollen ein Wasserdampfplasma mit minimiertem N2-Schutzgasfluss, eine Mischkammer mit Reaktionszone in mehrwandiger Bauform aus strahlungsgekühltem Innenrohr, einem konvektiv gekühlten Zwischenraum, einer vakuumierten Wärmedämmzone und einem wassergekühlten Außenrohr zum Einsatz kommen. Die genannte Verfahrenskombination wird unter technischen, ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten im Versuchsstand optimiert.

Mittelgeber: PT-DLR
Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. S. Helbich
Projektpartner: PlasmaAir AG
Projektlaufzeit: 08/2016 - 12/2018
Förderkennzeichen: 01LY160B

Lävulinsäure (4-Oxopentansäure) und verwandte Bernsteinsäurederivate stellen wichtige Plattformchemikalien für die Synthese hochpreisiger chemischer Produkte dar und gehören zu den Top 10 biobasierenden Plattformchemikalien gemäß dem US Department of Energy. Chemische, thermische sowie thermochemische Verfahren weisen jedoch eine begrenzte Ausbeute bei hohem Energieeinsatz, Abfallanfall und unwirtschaftlichen Produktionskosten (über 7,20 €/kg) auf. Ziel dieses Projektantrages ist die biologische Herstellung von Lävulinsäure und verwandten Bernsteinsäurederivaten aus Cellulose- oder Zuckerabfällen. Hierfür erscheint eine Verfahrenskombination aus einem thermischen Vorbearbeitungsschritt zum Aufschluss der Lignocellulosen zu Furan-Derivaten (bis zu 70 % Ausbeute) und nachgeschalteter Biokonversion der Furan-Derivate zu Lävulinsäure geeignet. Der Forschungsfokus liegt dabei auf der Biotransformation der anfallenden Furan-Derivate zu Lävulinsäure und verwandten Derivaten mit Schwerpunkt auf 2-Methylfuran und 2,5-Dimethylfuran. Als mittelfristiger Ausblick erscheint eine biologisch-chemisch Verfahrenskombination mit chemischer Dehydrierung bzw. eine rein biologische Kombination aus Delignifikation, fermentativer Transformation der Pentosen zu 2-Methylfuran und weiterer Konversion zu Lävulinsäure möglich.

Mittelgeber: PTKA-BWP
Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. S. Helbich, Dipl.-Ing. C. Woiski
Projektlaufzeit: 11/2017 - 02/2018
Förderkennzeichen: BWBÖ 17008

Konzepte zur Wiederverwertung von Wertstoffen, Metallen, industriellen Grundstoffen, (Brauch-)wasser u.ä. sind in Industrie und Gewerbe weit verbreitet. Derartige Konzepte existieren für Abluftströme nur bei Branchen mit sehr hohem Energiebedarf bzw. hohen Anforderungen an die Luftqualität (z.B. Automobil, Pharma, Halbleiter o.ä.), da Frischluft kostenlos und nahezu unbegrenzt verfügbar ist. Mit steigenden Energiepreisen gewinnen Kreislaufkonzepte für Luft zunehmend an Bedeutung.
Im diesem Forschungsprojekt wird die Entwicklung eines zweistufigen Abluftreinigungsverfahrens, bestehend aus einem Biotricklingfilter und einer modifizierten Kaltplasmastufe beabsichtigt. Die Prozessabluft wird biologisch vorbehandelt und verbliebene VOCs, Gerüche sowie emittierte Keime durch eine Kaltplasmastufe weiterbehandelt. Entstehende Intermediate sowie Sekundäremissionen werden durch einen sich regenerierenden, katalytisch aktiven Adsorber mineralisiert. Die behandelte Luft kann zu 90 - 95 Vol% in den Produktionsprozess zurückgeführt werden; 5 - 10 Vol% sind durch Frischluft zu ersetzen. Eine Energiekostenreduktion um durchschnittlich 70 % bzw. von nahezu 100 % bei den Heizkosten wird angestrebt.

Mittelgeber: BMWi über AiF
Ansprechpartner: Dr.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. S. Helbich
Dipl.-Ing. C. Woiski
Projektpartner: PlasmaAir AG
Projektlaufzeit: 2013 - 2016
Förderkennzeichen: KF2015604RH3

Ziel dieses Vorhabens sind Untersuchungen zur Eliminierung und Mineralisierung von sog. Mikrokontaminationen in industriellem / kommunalem Abwasser durch Biodegradationsprozesse in innovativen Verfahrenskonzepten. In Phase I des Projektes sollen bakterielle Isolate / Biozönosen gewonnen werden, die zum Abbau definierter Mikrokontaminationen geeignet sind. Bei erfolgreicher Durchführung der Phase I wird in Phase II der Schwerpunkt der Forschungsarbeit auf Biomembranverfahren mit gezielter Immobilisierung der spezialisierten Biozönosen aus Phase I auf den Membranträgern und deren Einsatz zur Behandlung genannter Abwässer liegen, wobei alternative biologische Verfahren im labor- und halbtechnischen Maßstab betrieben und zu Vergleichs- und Bewertungszwecken herangezogen werden. Am Ende des Projektes soll ein Konzept vorliegen, auf dessen Basis eine großtechnische Implementierung in Verfahren zur Behandlung kommunaler / industrieller Abwässer möglich ist.

Mittelgeber: Willy-Hager - Stiftung
Ansprechpartner: Prof. Dr. K.-H. Engesser, Dr.-Ing. D. Dobslaw, M.Sc. D. Salamanca (Phase I), M.Sc. E. Laski (Phase II), M.Sc. Y. L. Leong (Phase II), B.Sc. D. Krivak (Phase II)
Projektpartner: LS Hydrochemie und Hydrobiologie in der Siedlungswasserwirtschaft
Projektlaufzeit: 2013 - 2014 (Phase I) - 2016 (Phase II)

Die Behandlung von Abluftströmen aus der Tierhaltung, Klärschlammtrocknung oder Abfallkompostierung erfordert die simultane Emissionsminderung eines komplexen Gemisches aus VOCs (inkl. Methan), Geruchsstoffen sowie gasförmigen anorganischen Schadstoffen. Genannte Abluftströme zeichnen sich typischerweise durch VOC-Konzentrationen von 200 - 300 mg C/m³ mit bis zu 50 % Anteil an Methan, Geruchsstoffkonzentrationen bis ca. 20.000 GE/m³ und Konzentrationen von bis zu 20 ppm H2S und 300 ppm NH3 als anorganischen Komponenten aus. Auf Basis zugrunde liegender Hallengrößen resultieren Volumenströme von ca. 100.000 m³/h und mehr. Dieses breite Spektrum an Kontaminanten, die geringe Konzentration an VOCs bei gleichzeitig hohem Anteil an Methan und die Erfordernis der Eliminierung geruchsintensiver Verbindungen lässt konventionelle Verfahren scheitern. Einen innovativen Ansatz für diese Problemstellung stellt dabei eine modular aufgebaute Verfahrenskombination aus Kaltplasma-Stufe mit integriertem Mineraladsorber sowie einer chemischen / biologischen Wäscherstufe dar.

Mittelgeber: BMBF über PT-DLR
Ansprechpartner: Prof. Dr. K.-H. Engesser, Dr.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. S. Helbich
Projektpartner: PlasmaAir AG, Durtec GmbH, IGVP (Uni Stuttgart)
Projektlaufzeit: 2012 - 2014
Förderkennzeichen: 01LY1203B

Natürliche und technische Trägermaterialien für Biofiltrationsanlagen weisen oft eine inhomogene Struktur, Durchströmung und Biobesiedelbarkeit bei zusätzlich hohen Druckverlusten auf. Im Falle hoher spezifischer Schadstoffbelastungen tritt mittelfristig durch Biomassenwachstum eine Verstopfung des Trägers ("Clogging") und ein Effizienzeinbruch auf. Diesem Problem wird bisher durch Reduktion der spezifischen Belastung durch Anlagenvergrößerung begegnet. Eine Möglichkeit der technischen und ökonomischen Optimierung stellen PU-Schaumträger dar. Dank definierter Porenstruktur, hoher spezifischer Oberfläche, geringer Schüttdichte und niedrigem Druckverlust der Schüttung ist der Bau energiesparsamer und kompakter Tricklingfilter möglich. Nach BioStoffV können zusätzlich definierte, nicht pathogene Zellen auf dem Träger immobilisiert werden. Die kompakte Bauweise des Tricklingfilters erhöht jedoch die Gefahr von Clogging. Projektziel ist die Entwicklung, Erprobung und Anwendung großtechnisch effizienter und realisierbarer "Anti-Clogging"-Maßnahmen für den PU-Träger in Tricklingfiltern im klein- und halbtechnischen Maßstab (25 L / 5 m³) unter Berücksichtigung technischer, ökologischer und ökonomischer Anforderungen. Während die Laborphase mit einer artifiziellen Lösemittelluft erfolgt, wird die Pilotanlage zur Behandlung einer lösemittelhaltigen Realabluftsituation eingesetzt und bezüglich ihrer Leistungsparameter verifiziert. Die Pilotanlage soll modular aufgebaut und hinsichtlich der simultanen Emissionsminderung von VOCs (inkl. Methan), Geruchsstoffen sowie enthaltenen gasförmigen anorganischen Schadstoffen optimiert werden. Die gewonnen Daten stellen die Basis für eine nachfolgende Implementierung eines marktreifen Konzepts dar.

Mittelgeber: BMBF über PT-DLR
Ansprechpartner: Prof. Dr. K.-H. Engesser, Dr.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. C. Woiski
Projektpartner: PlasmaAir AG
Projektlaufzeit: 2011 - 2013
Förderkennzeichen: 01LY1102B

Ziel des vom BMBF geförderten Projektes „Systembiologie in Pseudomonas für die industrielle Biokatalyse“ ist es, durch eine systembiologische Analyse eine effiziente Biokatalysator-Plattform für die Weiße Biotechnologie zu schaffen. Das Projekt findet in Zusammenarbeit mit den Firmen BASF SE und Insilico sowie mehreren akademischen Partnern der Universität Stuttgart statt.
Zur Etablierung der Weißen Biotechnologie in der chemischen Industrie sind robuste Produktionsstämme mit prozessrelevanten Eigenschaften wie hoher Lösungsmittelstabilität, großer Produktivität und genetischer Stabilität nötig. Grundlage für die gezielte Entwicklung solcher Stämme ist eine systembiologische Analyse von Pseudomonas-Stämmen, bei der zeitaufgelöst experimentelle Daten zum Proteom, Transkriptom und Metabolom unter variablen, prozessnahen Bedingungen erhoben werden. Die Daten dienen der Bioinformatik zur Erstellung von Modellen, durch die sich ein dynamisches Abbild des Pseudomonaden-Stoffwechsels darstellen lässt. Anschließend sollen diese Modelle genutzt werden, um eine rationale Stammentwicklung zu betreiben und so maßgeschneiderte Produktionsorganismen zu konstruieren.

Mittelgeber: BMBF
Ansprechpartner: Prof. Dr. K.-H. Engesser, Dr.-Ing. N. Strunk, M.Sc. D. Salamanca, Dipl.-Ing. S. Helbich
Projektpartner: Michael Breuer (BASF SE); Bernhard Hauer (ITB, Uni Stuttgart); Matthias Reuss / M. Siemann-Herzberg (IBVT, Uni Stuttgart); Josef Altenbuchner (IIG, Uni Stuttgart); Georg Sprenger (IMB, Uni Stuttgart); Dieter Jendrossek (IMB); Jürgen Pleiss / Vlada Urlacher (ITB, Uni Stuttgart); Armin Huber (Institut für Physiologie, Uni Hohenheim); Joachim W. Schmid (Insilico Biotechnology AG, Stuttgart)
Projektlaufzeit: 2008 - 2011
Förderkennzeichen: FZK 315406

Der Stamm Burkholderia fungorum FLU 100 besitzt die in der Natur nur äußerst selten zu findende Eigenschaft Fluorbenzol als alleinige Kohlenstoff- und Energiequelle zu nutzen. Daneben kann er auch die anderen Monohalogenbenzole, 3-Fluorphenol, Benzol und Toluol auch in Mischungen degradieren. Der Stamm wird in zwei Biotricklingsfiltern im Technikumsmassstab zur Abreinigung zum einen von Fluorbenzol und zum anderen von einer Mischung aus Fluorbenzol und Chlorbenzol eingesetzt. Zur Überwachung und Analyse des Betriebszustandes der Reaktoren wurden eine präzise Spannungsquelle und Sensoren für Temperatur, Druck, pH und der relative Feuchte konstruiert, aufgebaut und mit Erfolg betrieben. Die Verfolgung der Entwicklung der Biozönose erfolgt mittels genetischer Fingerprinting-Methoden. Die Erzeugung von knock-out Mutanten durch die Transposon-Mutagenese mit einer Tn5-Variante diente der Gewinnung und Charakterisierung von Metaboliten der Halogenaromatenabbauwege von FLU 100. Die in das Transposon einklonierte E. coli kompatible ori-Sequenz erlaubt das leichte klonieren der mutmaßlichen degradativen Gene.

Mittelgeber: DFG
Ansprechpartner: Prof. Dr. K.-H. Engesser, Dipl.-Ing. D. Dobslaw, Dipl.-Ing. N. Strunk
Projektlaufzeit: 2004 - 2006
Förderkennzeichen: EN474/2-1

Kontakt

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Dr.-Ing.

Daniel Dobslaw

Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Laborleiter (ALR)