Promotionsstipendium: Dr. Marcus Weyd

Bioethanolgewinnung unter Verwendung keramischer MembranenRegenerative Energieträger müssen in Zukunft aufgrund des weiter steigenden Energiebedarfes und der Verknappung fossiler Ressourcen einen immer wichtigeren Anteil im Mix der Energiequellen einnehmen. Gerade im Kraftverkehrssektor ist eine Alternative bzw. eine Ergänzung zu den heute verwendeten, auf fossilen Energieträgern basierenden, Otto- und Dieselkraftstoffen unerlässlich. Bioethanol ist ein CO2-neutraler und umweltfreundlich nutzbarer, regenerativer Energieträger. Hergestellt wird der Alkohol durch die Fermentation von Glucose durch Hefekulturen (Saccharomyces cerevisiae). Leider ist die energetische Bilanz der Bioethanolherstellung nur leicht positiv. Die destillative Abtrennung des Alkohols aus der Fermentationsbrühe und dessen Absolutierung erfordert einen hohen Energieeinsatz. Ziel des Vorhabens ist es, energieeffiziente Membranverfahren in den Prozess der Bioethanolerzeugung zu integrieren und relevante Betriebsweisen und Prozessparameter zu ermitteln. Primäres Interesse liegt dabei auf der Abtrennung des Alkohols aus der Fermentationsbrühe und dessen Entwässerung mit hydrophoben und hydrophilen keramischen Membranen durch Pervaporation. Es wurden zahlreiche Pervaporationsversuche mit binären Wasser-Ethanol-Mischungen durchgeführt und verschieden aufgebaute keramische Membranen auf ihre Eignung zur Trennung dieser Gemische getestet. Zur genaueren Membran- und Prozesscharakterisierung wurden Verfahrensparameter (z. B. Feedtemperatur, Überströmungsgeschwindigkeit, Permeatdruck) variiert und die Trennleistungen der Membranen unter den jeweiligen Bedingungen ermittelt. Die Membranen zeigten dabei eine gute Eignung zur Aufkonzentration von Ethanol aus niedrig konzentrierten Gemischen. Es wurden Permeatkonzentrationen von über 85 Ma.% Ethanol erreicht. Zur weiteren Membrancharakterisierung wurden die Membranen auch durch alternative Verfahren, z. B. durch Gaspermeation charakterisiert. Hier wurden Dusty-Gas-Modell-Parameter des Schichtaufbaus der Membranen ermittelt. Diese dienen der Abschätzung des Druckverlustes bei der Pervaporation im Membranträger, welcher sich negativ auf die Trenneigenschaften der Membran auswirkt. Anhand der Ergebnisse konnten Rückschlüsse auf einen optimierten Membranaufbau gezogen werden. Des Weiteren wurden Trennversuche mit Fermentationsbrühen durchgeführt. Hier bewies die hydrophobe Membran ihre Eignung zur Abtrennung von Ethanol aus solchen Stoffgemischen, es zeigte sich jedoch eine starke Abnahme des Permeatflusses aber eine weniger stark ausgeprägte Abnahme der Permeatkonzentration im Vergleich zum Wasser-Ethanol-Gemisch.