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RÜCK-BLICK
28. Oktober 2015, Fraunhofer-inHaus-Zentrum, Duisburg
2. RUHR-SYMPOSIUMFunktionaleMaterialien
für die Katalyse
RUHR-SYMPOSIUM 2015
RUHR-SYMPOSIUM 2015
Prof. Dr. Christof SchulzWissenschaftlicher Direktor CENIDE (*)
Prof. Dr. Ferdinand DudenhöfferDirektor CAR - Center Automotive Research (*)
Die Gastgeber
Zusammenstellung und Gestaltung:Daniel Przygoda, D+S Automotive GmbH
RUHR-SYMPOSIUM 2015
über 150 Teilnehmer aus Wissenschaft und Industrie
Ohne sie läuft fast nichts: in über 80 Prozent aller Prozesse in der Che-mieindustrie verhelfen Katalysato-
ren zu schnelleren Reaktionen oder setzen sie überhaupt erst in Gang. Funktionale Ma-terialien für die Katalyse standen deshalb am 28. Oktober 2015 im Mittelpunkt des 2. RUHR-Symposiums am Campus Duisburg, das vom Center for Nanointegration (CENI-DE) sowie dem Center for Automotive Re-search (CAR) veranstaltet wurde. Rund 150 Teilnehmer/-innen aus Wissen-schaft und Industrie besuchten die zahl-reichen Vorträge, informierten sich auf der begleitenden Fachausstellung und disku-tierten über neue Konzepte, Entwicklungen und Anwendungsmöglichkeiten Funktiona-ler Materialien.
Die Gastgeber
RÜCK-BLICK
FORUM FÜR DIE POLYURETHANINDUSTRIE
ForschungIndustrie
RUHR-SYMPOSIUM 2015
Themenschwerpunkte
Heterogene Katalyse - Wissenschaft und AnwendungProf. Dr. Robert Schlögl, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
Macht die Energiewende energieintensive Unternehmen entbehrlich?Michael Schmidt, BP Europa SE
Prof. Dr. Robert Schlögl (links), Grün-dungsdirektor des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion, referierte über die wissenschaftlichen und anwen-dungsbezogenen Aspekte heterogener Katalyse. „Macht die Energiewende ener-gieintensive Unternehmen entbehrlich?“ fragte hingegen Michael Schmidt, Vor-standsvorsitzender bei BP Europa SE.
IndustrieHaben Sie Interesse am Download einzelner Fachvorträge? Ihr Ansprechpartner: Jan Wortberg E-Mail [email protected] Telefon 0203 - 306 - 1247
Laserbasierte Synthese von heterogenen Katalysatoren Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, Universität Duisburg-Essen
Neue Entwicklungen in Herstellung und Anwendung von EdelmetallkatalysatorenDr. Rainer Kiemel, Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG
Katalytische Stickoxidminderung in oxidierende Abgasströmen: Was wir über die Wirkungsweise der Katalysatoren wissenProf. Dr. Wolfgang Grünert, Ruhr-Universität Bochum
Abgasnachbehandlung in Dieselfahrzeugen im Realfahrbetrieb: Anforderungen und Konzepte zur Reduktion von Stickoxiden in der Zukunft Dr. Anke Wörz, Umicore AG & Co. KG
Katalysatoren für Power-to-ChemicalsProf. Dr. Malte Behrens, Universität Duisburg-Essen
Rohstoff Hüttengase - Initiative zur stofflichen Nutzung Dr.-Ing. Reinhold Achatz, ThyssenKrupp AG
Biomasse als alternative Rohstoffquelle Prof. Dr. Ferdi Schüth, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
Katalyse für die Nachhaltige Chemische IndustrieProf. Dr. Leslaw Mleczko, Bayer Technology Services GmbH
Synthetische Treibstoffe/Biomasse
RÜCK-BLICK
Scale-Up homogenkatalytischer Reaktionen vom Labor in den Miniplant-Maßstab am Beispiel der Hydroformylierung Prof. Dr. Arno Behr, TU Dortmund
Neue Katalysatoren für die HydroformylierungProf. Dr. Robert Franke, Evonik Industries AG
Edelmetallkatalyse
Abgasreinigung Automotive
Energiespeicherung
Technische homogene Katalyse
Better Upscaling and Optimization of NANOPARTicle and Nanostructure Production
by means of Electrical Discharges
In cooperation with BUONAPART-E consortium:
New applications enabled by our new technology
Nanoseeds for solar cell production SPR chemical/bio-sensors based on clusters of metallic nanoparticles
Nanofluids for better cooling of blast furnaces
Nanocomposites with new electric / catalytic properties
Fabrics with antimicrobial properties Nanoparticles on membranes forchemical catalysis
Innovations:• Synergetic effect of Zn nanoparticles in flame retardancyformulations for polymers• Composites, paint and inks with catalytic activities against sulphur compounds• Cu based dispersion in composites with high electrical conductivity
Innovation: Low-cost fabrication of periodic nanostructuressuch as nanocrosses
Innovation: Dry deposition of nanoparticles onto textile fibers by nanofiltration• No stabilization necessary: synthesis unit can be integrated into roll-to-roll fabric production & finishing unit • Almost all Ag deposited• Environmental friendly:
no solvents & waste• After washing still active
Innovation: Deposition of very small liquid-like particles generated by spark discharge onto ceramic tube, where the particles grow to desired size by heat treatment.
Innovation:Nanofluids from scalable synthesis process with increased heat conductivity
Blast furnaces contain a large amount of heat exchanger units. The cooling consumes vast amounts ofenergy.
Innovation: improvement of Aerotaxy process (aerosol gene-rator, size selection by DMA) which required size-selected Au nanoparticles with high aerosol loading for nanowhiskergrowth
400nm
Coordinator: Einar Kruis, Institute for Nanostructures and Technology (NST) and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-
Essenwww.buonapart-e.eu
PES1 PES2 PES3 PES4 PES5 PES6 PES7 PES80
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Antib
acter
ial ac
tivity
Sample
Staphylococcus aureus no wash after 10 washes
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Ant
ibac
teria
l act
ivity
Klebsiella pneumonae no wash after 10 washes
Sample
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A European R&D project with 21 partners and a budget of10,4 M€. The research leading to these results hasreceived funding from the European Union‘s SeventhFramework Programme under Grant Agreement n° 280765(BUONAPART‐E).
Better Upscaling and Optimization of NANOPARTicle and Nanostructure Production
by means of Electrical DischargesCoordinator: Einar Kruis, Institute for Nanostructures and Technology (NST) and
Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-Essenwww.buonapart-e.eu
Scientificoutput
up to M36
•20 papers published in high quality scientific journals + 5 papers as conference proceedings• High number of joint publications (more than one research group involved): 44%• In addition: participation in 30 international and European conferences + 11 national conferences• 8 PhD Thesis expected
Acknowledgement
In cooperation with BUONAPART-E consortium: University of Duisburg-Essen (coordinator) Tampere University of Technology CNRSUniversity of SzegedDelft University of Technology RAMEM S.A.Lund University Karlsruhe Institute of Technology Åbo Akademi University TU Eindhoven IUTA e.V. ThyssenKrupp Steel Europe AG Metal Nanopowders Ltd.
Stiftelsen SINTEFSol Voltaics AB FOMENTEX PALAS Avanzare Protia AS Universidad Politecnica Valencia DAS Photonics
Technological Innovations
Monitoring techniques Supporting Technology
Size narrowing and sizeselection: Scaled-up differential mobility analyser (DMA)
Optimal Single Unit
Scaling-up
Innovation: Real-time low-cost aerosol quality monitoring instrument, yielding average mobility and aerodynamic sizes, and particle concentration. Leads to effective particle density (particle morphology)
Innovation: Quasi-online SAXS/WAXS nanoparticle quality assurance instrument, yields primary particle size, fractal dimension and the crystallinity
Key points:• Setup uses off-the-shelf components, easy optimization for minimal energy consumption
Innovation: valve-less filtration system including pulse-jet and wet cleaning, especially adopted for pyrophoric nanoparticles minimizing potential working place exposure.
Innovation: Low-cost discharge/OSU monitoring equipment
IP strategy:• open access to basic OSU unit(plans, joint order, borrowing) byall partners• add-ons can be patented• OSU optimizers, scientists andapplications all use the same OSU
Scaling-up stategy:• maximize output by single OSU• then number-up (multiples of 8)• no exhaust due to closed loopcarrier gas recirculation• Parallel development of pilotplant and inner details of OSU
Innovation: world’s only industrial-scale size selector for nanoaerosols. Delivers high throughput (>105 cm-3 at 200 l/min) of narrowly distributed NP (Geometric standard deviation < 1.1) of 100 nm NPs
60 80 100 120 140 160 1800.0
5.0x103
1.0x104
1.5x104
q (lpm) σg
50 1.045 100 1.050 200 1.080
Q = 400 lpm
dN/d
(dp) (
cm-3)
Mobility diameter dp (nm)
Innovation: a low-cost long-term stable plasma evaporation method with built-in feederInnovation: high-frequency spark discharge allowing stoichiometric evaporation
• Power supply from consumer market (only 200 EUR/kW) Process highlights:
• Sustainable green process: • no exhaust (carrier gas recirculation)• chemistry- and solvent-free
• Flexible synthesis: ability to produce several product variants using the same platform• No-risk scale-up: product has same propertiesas with single OSU
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RUHR-SYMPOSIUM 2015
Vita
Keynote
Berufliche Stationen
Geboren am 23. Februar 1954 in München. 1979 Diplom an der Ludwig-Maximilians-Universität
München; 1982 Ph.D. und Dr. rer. nat. an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Von 1982-
1983 Postdoc in Heterogeneous Catalysis an der Cambridge University und in Physics am Institut
für Physik, Schweiz. Gruppenleiter bei Hoffmann La Roche AG in Basle und Habilitation (Structure
of industrial ammonia-synthesis catalysts) am Fritz-Haber-Institut in Berlin. Von 1989-1994 Profes-
sor für Anorganische Chemie an der Universität Frankfurt. Seit 1994 Direktor am Fritz-Haber-In-
stitut der Max-Planck-Gesellschaft und Honorar-Professor an der Technischen Universität Berlin.
Seit 1998 Honorar-Professor an der Humboldt-Universität Berlin und seit 2011 Gründungsdirektor
des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion. Seit 2013 Honorar-Professor an der
Universität Duisburg-Essen.
Robert Schlögl wurde unter anderem ausgezeichnet als Fellow of the Royal Society of Chemistry
(UK), mit dem Schunck Award for Innovative Materials (1989), dem Otto-Bayer-Preis (1994) und
der DECHEMA Plaque in Titanium (2010).
Robert SchlöglMax-Planck-Instituts für
Chemische Energiekonversion
Heterogene Katalyse - Wissenschaft und Anwendung
We are specialised in highly automated reactor systems for laboratory as well as forpiloting applications. Our main focus is catalyst screening and testing technology forhigh-throughput experimentation in chemistry and materials research.
Besides parallel reactor systems we offer highly automated test rigs for DeNOxcatalysts either for automotive or industrial applications.
> catalyst and materials testing
> homogenous and heterogeneous catalysis
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Advanced Machinery & Technology Chemnitz GmbHAnnaberger Str. 240 | 09125 | Chemnitz | Germany
Phone +49 371 5347-378 | Fax: -277 | Email: [email protected] | web: www.amtech-htt.de
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RUHR-SYMPOSIUM 2015
Besprochen wurden neue Konzepte, Entwicklungen und Anwendungsmöglichkeiten Funktionaler Materiali-en für die Katalyse. Schwerpunktthemen waren Fragen der Energiespeicherung, der Abgasreinigung bei Autos, Edelmetallkatalyse sowie technisch homogenen Katalyse, synthetische Treibstoffe und Biomasse.
Dr.-Ing Reinhold Achatz (links), Leiter Corporate Function Technology, Innovation & Sustainability der ThyssenKrupp AG, während der Session über Ener-giespeicherung zum Thema Hüttengase als Rohstoff. Sein wissenschaftlicher Tandempartner Prof. Dr. Malte Behrens, Fachbereich Anorganische Chemie an der Universität Duisburg-Essen, referierte über Katalysa-toren für Power-to-Chemicals.
Die zweite Session über die Abgasreinigung bei Autos eröffnete Prof. Dr. Wolfgang Grünert, Fachbereich Technische Chemie an der Ruhr-Universität Bochum, zum Thema Katalytische Stickoxidminderung in oxidie-renden Abgasströmen.
Sprach über die Abgasnachbehandlung in Diesel-fahrzeugen im Realfahrbetrieb: Dr. Anke Wörz, Ent-wicklungsmanager für Automotive Catalysts bei der Umicore AG & Co. KG.
Gingen in der Session zur Edelmetallkatalyse kom-petent auf die fachlichen Fragen aus dem Publikum ein: Dr. Rainer Kiemel (Mitte), Director R&D Catalysts bei der Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG, und CENIDE-Vorstand Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski (rechts im Bild), Fachbereich Technische Chemie an der Universität Duisburg-Essen, der die Veranstaltung auch moderierte.
Michael SchmidtVorstandsvorsitzender
Keynote
„Macht die Energiewende energieintensive Unternehmen entbehrlich?“
Anschließend ging Prof. Dr. Leslaw Mleczko, Katalyseexperte der Bayer Technology Servi-ces GmbH, in seinem Vortrag auf die Katalyse für die nachhaltige chemische Industrie ein.
Über die Vorzüge der Biomasse als alterna-tive Rohstoffquelle referierte Prof. Dr. Ferdi Schüth, Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung sowie Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft.
Ihr Tandemvortrag in der Session zur Tech-nisch homogenen Katalyse rundete das vielfältige Programm ab: Prof. Dr. Arno Behr (rechts), Fachbereich Technische Chemie an der TU Dortmund, und Prof. Dr. Robert Fran-ke (links im Bild), Leiter Forschung & Innova-tion Hydroformulierung im Geschäftsbereich Industrial Chemicals der Evonik Industries AG. Vita
RÜCK-BLICK
Berufliche Stationen
Nach dem Studium der Betriebswirtschaftslehre an der Universität Münster war Michael Schmidt
als Controller und General Manager in verschiedenen Bereichen der BASF tätig. 1998 wechselte
er zur Veba Oel AG und wurde dort Leiter des Bereichs Zentrales Controlling und Betriebswirt-
schaft. Ein Jahr später übernahm er dann die kaufmännische Leitung der Raffinerie Gelsenkir-
chen. Zusätzlich trat er im Jahre 2000 als Kaufmännischer Geschäftsführer in die Leitung der
heutigen BP Refining & Petrochemicals GmbH (BP RP) ein. Mit Wirkung vom 01.08.2005 wurde
er als Arbeitsdirektor in den Vorstand der Deutsche BP AG berufen und verantwortete den
Bereich Personal. Zwei Jahre später ernannte ihn die BP Gruppe zusätzlich zu seinen bisherigen
Funktionen zum Vice President Human Resources Europa. Nach Gründung der BP Europa SE
im Jahr 2010 blieb Michael Schmidt Personalvorstand und Geschäftsführer einiger Tochtergesell-
schaften. Seit dem 1. Mai 2012 ist Michael Schmidt Vorstandsvorsitzender der BP Europa SE.
Zur Person
Michael Schmidt (52), studierte BWL an der Universität Münster. Als Controller und General
Manager war er in verschiedenen Sparten für die BASF tätig. 1998 wechselte er zur Veba Oel
AG und wurde dort Leiter des Bereichs Zentrales Controlling und Betriebswirtschaft. Ein Jahr
später übernahm er die kaufmännische Leitung der Raffinerie Gelsenkirchen und trat im Jahr
2000 zusätzlich als kaufmännischer Geschäftsführer in die Leitung der heutigen BP Refining &
Petrochemicals GmbH ein.
Im August 2005 wurde er als Arbeitsdirektor Mitglied des Vorstands der Deutsche BP AG und
verantwortete den Bereich Personal. Seit Mai 2010 ist er im Vorstand der BP Europa SE für den
Bereich ‚Arbeit und Soziales‘ und außerdem seit August 2007 als Vice President für Human
Resources Europe in der BP Gruppe verantwortlich.
Functional nanomaterials
for catalysis and energy research
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Technical Chemistry ICenter for NanointegrationDuisburg-Essen (CENIDE)
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Carl-Benz-Strasse 199D-47057 Duisburg
The team offers
Ligand-free and functionalized nanoparticles for catalysis and energy research
Pure nanoparticles made of user-defined material from noble metals to
semiconductors, e.g. Pt, Pd, Ni, NiO, Cu, CuO, alloys .
Tailored heterogenous catalysts: Supporting of laser-generated nanoparticles to
almost any carrier material with a high mass loading, e.g. Carbon, TiO2, ZnO,
Energy conversion is determined by nanomaterials with active surfaces, thus new
materials with large and clean surfaces are required. For this purpose, pulsed
laser ablation in liquids (PLAL) is a promising process to fabricate ligand-free
nanoparticles (NPs) with high purities, controlled size distribution and a wide
variety of materials. The laser-based synthesis enables a high reproducibility and a
simple upscaling of NPs generation. The laser-generated NPs are used to fabricate
heterogenous catalyst by colloidal depostiton on carrier materials in a continuous
process with a quantitative yield. For these heterogenous catalysts no further
activation steps such as calcination is necessary due to the additive-free surfaces.
This also allows the use of these materials as model catalysts to harmonize the
experiments with a theory model. But also a long-term stability (process stability)
at high temperature can be realized.
The aim of our project is the replacement of cost-intensive precious metals in
heterogenous catalyst for instance by nickel or copper based alloys. Our method
enables to tailor pure and stable heterogenous catalysts for any given application
by variation of NP and carrier material.
Photocatalyst Electrocatalyst
www.uni-due.de/barcikowskiwww.uni-due.de/marzun-group
Process catalyst
• Three-port instrument capable of high-resolution, high-throughput micropore analysis with the option to designate one port for chemisorption analysis
• In chemisorption mode, a flow–through sample cell provides for in-situ activation. Ultra-clean valves provide for virtually leak free performance even at high vacuum
• Intuitive MicroActive™ software combines user-defined reports with the ability to interactively evaluate isotherm data. Direct modeling for BET, t-Plot, Langmuir, DFT interpretation, and new advanced NLDFT methods
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