Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines modularen Durchfluss-Plasmareaktors mit optimierter Gas- und Präkursorströmung für die Synthese von Graphen aus Ethanol

Durch seine herausragenden Eigenschaften verspricht der Einsatz von Graphen eine Vielzahl interessanter Einsatzgebiete, z.B. in der Elektronik, der Energiewandlung und –speicherung oder der Trinkwasseraufbereitung.

Derzeit kann Graphen in entsprechender Qualität allerdings noch nicht im Industriemaßstab produziert werden, was seinen Markteintritt hemmt. Plasmagestützte Syntheseverfahren in flüssigen Medien sind attraktive neue Ansätze, mittels derer qualitativ hochwertiges Graphen erzeugt werden kann. Die Homogenität des Produktes aus derzeit in Form eines Batchprozesses durchgeführter Synthese ist dabei limitiert, weil Präkursoren, Zwischenprodukte und das Endprodukt nebeneinander vorliegen während verschiedene Prozessschritte zeitgleich ablaufen.

Die Überführung in einen mehrstufigen Strömungsprozess ermöglicht die Entkopplung einzelner Prozessschritte und zugleich die definierte Einstellung optimaler Grenzflächen zwischen Flüssigkeit und Gasphase sowie der Verweilzeiten des Präkursors und der Zwischenprodukte bei kontinuierlicher Produkterzeugung. Eine Voraussetzung hierfür ist die Ermittlung der Gas- und Präkursorströmung (und deren Grenzfläche) sowie der optimalen Verweilzeitverteilung des Produktes. Daher müssen Strömungsfelder von Gas und Flüssigkeit unter Synthesebedingungen experimentell erfasst werden und die Entwicklung des Durchflussreaktors in einem iterativen Prozess aus Reaktoranpassung, optischer Strömungsmessung und Produktanalyse erfolgen.

Nach erfolgreichem Projektabschluss liegt ein optimiertes zweistufiges Strömungsverfahren zur Herstellung von Graphen vor. Potentielle Nutzer dieses Forschungsvorhabens sind Unternehmen in den Branchen Chemische Industrie, Energietechnik, Wasseraufbereitung, Verfahrenstechnik, Anlagen- und Gerätebau und alle Endanwender von Graphen. KMU aus diesen Branchen haben damit die Möglichkeit, neuartige Produkte zu entwickeln, die ihnen mittel- und langfristig einen Wettbewerbsvorteil verschaffen.