Projekt zur Verbesserung prozessanalytischer Methoden startet in Österreich

Egal ob man Medikamente, Erdölprodukte oder Bier herstellt: Bei chemischen und biotechnologischen Prozessen in der Industrie, will man jederzeit möglichst genau wissen, was in den Reaktoren vor sich geht. Den Prozess zu unterbrechen, eine Probe zu nehmen und sie im Labor zu analysieren ist in vielen Fällen viel zu umständlich.

Die österreichische Wissenschaft und Industrie ist sehr erfolgreich im Entwickeln neuer Analysemethoden, mit denen sich chemische Prozesse direkt beobachten und verbessern lassen. Nun wird das K-Projekt "imPACts" gestartet, bei dem elf Unternehmenspartner und neun wissenschaftliche Forschungsgruppen im Bereich der chemischen Prozessanalytik zusammenarbeiten, gefördert durch das COMET-Programm der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG). Drei der neun wissenschaftlichen Partner kommen von der TU Wien. Eröffnet wird imPACts am 13. Oktober an der JKU Linz.

Chemische Reaktionen in Echtzeit beobachten

"In der chemischen Prozessanalytik geht es nicht nur um Genauigkeit, sondern vor allem auch um Schnelligkeit", sagt Robert Holzer, Konsortialführer des Projekts. "Wenn man Stunden nachdem man eine Probe genommen hat, das Ergebnis bekommt, und dann feststellen muss, dass die Produktion des halben Tages unbrauchbar ist, dann ist es zu spät."

Schon im Projekt PAC (Process Analytical Chemistry) schlossen sich Firmen und akademische Institutionen vier Jahre lang zusammen. Im Nachfolgeprojekt "imPACts" ("Industrial Methods for Process Analytical Chemistry - From Measurement Technologies to Information Systems") soll die erfolgreiche Arbeit nun ausgeweitet und vertieft werden.

Die Methoden, die dabei angewandt werden sind vielfältig: "Wir beschäftigen uns mit spektroskopischen Methoden, mit denen man die Abläufe während des chemischen Prozesses direkt im Reaktor beobachten kann", erklärt Robert Holzer. Dazu gehören etwa verschiedene Techniken aus der Infrarot-Spektroskopie, bei der gemessen wird, wie verschiedene Moleküle aufgrund ihrer Schwingungen und Rotationen unterschiedlich auf die Bestrahlung mit Infrarotlicht reagieren. Dadurch kann man unterschiedliche Moleküle rasch identifizieren. Auch die laserinduzierte Plasmaspektroskopie gehört zu den im Projekt verwendeten Techniken - dabei wird ein kleiner Teil der Probe mit einem kräftigen Laserpuls zum Plasma ionisiert, die dabei entstehende Strahlung gibt Auskunft über die elementare Zusammensetzung.

Im neuen Projekt sollen nicht nur Standardmethoden verbessert und neue Analysemethoden entwickelt werden. Wichtig ist auch die richtige Verarbeitung der gewonnenen Daten. Um die Messergebnisse richtig interpretieren zu können sind hochkomplexe mathematische Verfahren notwendig. Diese Methoden müssen erstens verbessert und zweitens in benutzerfreundliche Programme verpackt werden.

Mit all diesen Methoden gelingt es, chemische Prozesse in der Industrie besser zu verstehen, sodass man nicht auf Versuch und Irrtum angewiesen ist, sondern stattdessen sehr zielgerichtet Verbesserungsstrategien entwickeln kann. Außerdem lässt sich durch die ständige Beobachtung der Prozesse in das Verfahren steuernd eingreifen, um auch bei schwierigen Verfahren mit nicht immer perfekt reproduzierbaren Anfangsbedingungen optimale Resultate zu erzielen. Wichtig ist ein nachhaltiges Wissen über die Prozesse auch um sie sicher und problemlos auf industriellen Maßstab hochskalieren zu können.

Gleich drei Arbeitsgruppen der TU Wien sind im neuen Projekt mit dabei: Prof. Bernhard Lendl (Institut für Chemische Technologien und Analytik) beschäftigt sich mit Infrarotspektroskopie in verschiedensten Ausprägungen, Prof. Christoph Herwig (Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften) arbeitet an der Optimierung von Bioprozessen und dafür geeigneten Soft-Sensor-Konzepten und Prof. Michael Harasek bringt seine Expertise im Bereich der Verfahrenstechnik und der Strömungssimulation zur Designoptimierung im Projekt ein.

Der offizielle Startschuss für das Projekt imPACts fällt am 13. Oktober 2014 an der JKU Linz.

Quelle: Technische Universität Wien