Das Labor für Verfahrenstechnik beschäftigt sich mit der Erforschung verfahrenstechnischer Prozesse. Unsere Schwerpunkte liegen in der Herstellung und Anwendung von Funktionsmaterialien, Chemikalien und Kraftstoffen sowie in der Verfahrensentwicklung und analytischen Prozessüberwachung. Besonderes Augenmerk legen wir auf nachhaltige und umweltrelevante Themen wie Luft- und Abgasreinigung, Konversionsprozesse biobasierter Rohstoffe, Recyclingprozesse und Kreislaufwirtschaft. Auch ist es unser Ansporn, die aktuelle angewandte Forschung direkt in die Lehre zu übertragen.

Wir entwickeln Technologien zur effizienten CO₂-Abtrennung und -Umwandlung sowie Verfahren zur nachhaltigen Treibstoffherstellung. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Aufbereitung von Gasen, Abgasen und Abwasser. Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit Verfahren zur Stofftrennung, insbesondere der Extraktion mit überkritischem CO₂, sowie der Synthese von Partikeln, Katalysatoren und Metal-Organic-Frameworks (MOF’s).

In der Prozessentwicklung konzentrieren wir uns auf thermische und mechanische Trennverfahren, chemische Umwandlungsprozesse sowie die Herstellung und Verkapselung von Partikeln. Unsere Expertise umfasst Reaktionstechnik, Scale-up und Prozessintensivierung, um industrielle Prozesse effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten. Dazu gehört die Unterstützung bei der Umstellung von Batch- auf kontinuierliche Prozesse. Recycling und Produktaufarbeitung sind ebenso Bestandteil unserer Forschung wie die Entwicklung und Anwendung von Katalysatoren für die Energie- und Umwelttechnik.

Um diese innovativen Verfahren in die Praxis umzusetzen, verfügen wir über modernste Labor- und Pilotanlagen. Dazu gehören multifunktionale Reaktoren mit einem Volumen von bis zu 50 Litern sowie Rektifikations- und Verdampfungsanlagen, die bis zu 250 Liter fassen. Wir setzen auch Membran- und mechanische Trennverfahren sowie eine Anlage für überkritische Extraktionen und Imprägnationen bei bis zu 450 bar ein. Zusätzlich nutzen wir Thermal- und Pressure Swing Sorptionsverfahren, wobei unsere Ex-geschützten Räumlichkeiten höchste Sicherheitsstandards gewährleisten.

Die Prozess- und Materialanalytik bildet die Grundlage für die Entwicklung effizienter und nachhaltiger verfahrenstechnischer Prozesse. Unser Labor setzt moderne Prozessanalytische Technologien (PAT) ein, um neue Prozesse zu erforschen und industrielle Verfahren weiterzuentwickeln, Abläufe präzise zu überwachen und zu steuern. Dabei spielen Online-, Inline-, Atline- und Offline-PAT-Techniken eine zentrale Rolle. Sie ermöglichen eine umfassende Datenerfassung, die zur Verbesserung der Produktqualität und Maximierung der Effizienz beitragen.

Unsere Prozessanalytik fokussiert sich auf die Untersuchung chemischer Prozesse auf molekularer Ebene. Dazu nutzen wir Infrarot-, Raman-, UV/VIS und Massenspektroskopie, um Prozesse in-situ zu analysieren und Echtzeit-Daten zu gewinnen. Weiter analysieren wir Parameter wie Temperatur, Druck, Konzentration und Fliessverhalten, um die Prozesse effizient und stabil zu gestalten. Präparative und analytische Chromatographiemethoden wie HPLC, Ionenchromatographie, GC-FID, GC-Headspace und GC-MS ermöglichen uns die Aufreinigung und Quantifizierung von Produkten. Die gewonnenen Daten helfen uns, Prozessbedingungen sowohl ökonomisch als auch ökologisch zu gestalten und eine gleichbleibend hohe Produktqualität sicherzustellen.

In der Materialanalytik setzen wir auf hochpräzise Technologien zur Charakterisierung von Rohstoffen, Zwischenprodukten, Endprodukten und Katalysatoren. Die Analyse von Partikelgrössen, Oberflächenstruktur und chemischer Zusammensetzung ist entscheidend, um die gewünschten Eigenschaften für spezifische Anwendungen zu erzielen. Hierbei verwenden wir Methoden der Molekülspektroskopie (wie Raman, FT-IR, ATR-FTIR, DRIFTS, MES-DRIFTS, UV-VIS, MS) sowie der Elementanalytik (wie ICP-OES, SEM-EDX) und Techniken wie Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (REM) und thermische Analysen (TA), um die strukturellen und chemischen Eigenschaften von Materialien umfassend zu untersuchen.

Durch die enge Verknüpfung von Prozess- und Materialanalytik legen wir die Basis für innovative und ressourcenschonende Verfahren. Unsere chemischen Analysetechniken tragen massgeblich zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit in der Verfahrenstechnik bei. 

Aktuell stehen Verfahren im Fokus, bei denen aus biobasierten Rohstoffen Treibstoffe für die Aviatik oder neuartige, nachhaltige Materialen für entwickelt werden. Zum Beispiel wird die VOC-Aufnahmefähigkeit von kalkgebundenem Verputz auf Basis von Pflanzenkohle analysiert, um umweltfreundliche Bauprodukte bereitzustellen. Wir erforschen auch die Gewinnung von Isopren aus erneuerbaren Ressourcen für die Polymerproduktion und die katalytische Treibstoffaufbereitung für Festoxidbrennstoffzellen (SOFC).

Effiziente Sorptionsmaterialien ist ein weiteres Standbein unserer Forschung. Unsere Forschung hat zur Entwicklung von Sorptionsmaterialien wie hochgradig effiziente dreidimensionalen keramischen Oberflächen für die CO₂-Abscheidung beigetragen. Auch MOF’s wurden in Zusammenarbeit mit der Industrie zur CO₂-Abscheidung erforscht und erfolgreich in Pilotanlagen eingesetzt. 

In der Sicherheitstechnik betraf ein Projekt die Dimensionierung von NH₃-Notwäschern, um eine effiziente Ammoniakreinigung zu gewährleisten. Auch bei der Entwicklung eines experimentbasierten Designtools für kontinuierliche Reaktoren war die Prozesssicherheit ein wichtiger Aspekt. 

Darüber hinaus haben wir mitgeholfen ein Verfahren zur effizienten Gewinnung von insektenpathogenen Granuloseviren zu optimieren, um den innovativen und nachhaltigen Pflanzenschutz zu fördern.

Ein wesentlicher Erfolgsfaktor war stets der Einsatz unserer Labor- und Pilotanlagen kombiniert mit modernen analytischen Methoden. Durch den Einsatz unserer IR-Zelle zur Inline-Überwachung von Extraktionen mit überkritischem CO₂ und der In-situ-IR-Spektroskopie zur Aufklärung der Reaktionsmechanismen von Abgasreinigungskatalysatoren konnten wir bedeutende Produktentwicklungen mitgestalten.

Zusätzlich haben wir neuartige 3D-gedruckte Keramikstrukturen für den hocheffizienten Stoffaustausch in Trennkolonnen mitentwickelt und eingesetzt. Diese Anwendungen verdeutlichen die Vielseitigkeit und Effektivität unserer Tätigkeiten sowie den entscheidenden Beitrag unserer Labor- und Pilotanlagen für die erfolgreiche Umsetzung in der Praxis.