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Information für die Wissenschaft Nr. 27 | 23. Juni 2010
Schwerpunktprogramm 1570 „Poröse Medien mit definierter Porenstruktur in der Verfahrenstechnik – Modellierung, Anwendungen, Synthese“

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms (SPP) 1570 beschlossen. Als Laufzeit sind sechs Jahre vorgesehen. 

Das Problem der Behandlung von Transportprozessen und Reaktionen in porösen Medien begleitet die Verfahrenstechnik bereits seit den 1930er-Jahren. Katalysatorträger, Membranen, Adsorbentien, Chromatographiesäulen, zu trocknende Materialien, wie zum Beispiel Kohle oder Torf, sind porös. Die poröse Feststoffstruktur wurde zunächst als effektives Medium modelliert. Zu Beginn der 1950er-Jahre setzte langsam eine detailliertere Modellierung der Porenstruktur ein, die in den 1990er-Jahren einen raschen Aufschwung nahm. Zum ersten Mal wurden von weltweit etwa fünf Gruppen Optimierungsprobleme anhand von Porenstrukturen gemäß vorgegebener Kriterien gelöst, die klar gezeigt haben, dass sich die Optimierung von Porenstrukturen lohnt, um zum Beispiel die Ausbeute von Katalyseprozessen zu erhöhen. Es gab jedoch ein wesentliches Hindernis: Man konnte die optimalen Strukturen nicht gezielt herstellen. 

Diese Situation hat sich in den letzten zehn Jahren drastisch geändert. Durch Einsatz neuer Templatetechniken, der Verwendung neuer Precursoren, polymerkontrollierte Phasentrennung mit zum Beispiel Polyethylenoxid (PEO), Direktschäumungsverfahren sowie lithografischer Methoden etc. ist es nun möglich geworden, Porenstrukturen auf der Nano-, Meso- und Makroskala entsprechend Vorgaben herzustellen. Dadurch wird die kontrollierte Synthese berechneter optimaler Strukturen möglich. In den letzten Jahren wurde daher der Terminus „Engineered Porous Materials“ geprägt. Weiterhin wurden in den letzten Jahren wesentliche Fortschritte in der Charakterisierung poröser Materialien gemacht, zum einen aufgrund deutlich besserer Modelle, wie zum Beispiel der „Non-local Density Functional Theory“ (NLDFT), und zum anderen aufgrund bildgebender Verfahren, wie zum Beispiel „Magnetic Resonance Imaging“ (MRI), mehrdimensionale NMR oder Kombination von Physisorptionsexperimenten mit Kleinwinkelröntgenstreuung (in situ SANS/SAXS-Physisorption). Das MRI gestattet eine in-situ-Beobachtung von Gaszusammensetzungen und Flüssigkeitsverteilungen im Inneren einzelner Pellets mit einer örtlichen Auflösung, die vor wenigen Jahren nicht möglich war, sowie die Messung von Diffusionskoeffizienten. In den letzten Monaten ist es zum ersten Mal gelungen, auf molekularer Ebene Reaktionen in Zeolithen sowie Diffusionsvorgänge bis hin zum Reaktor durch Mehrskalenmethoden zu beschreiben. 

Die neuen Möglichkeiten der Synthese, Charakterisierung und Modellierung sollen im beantragten Schwerpunkt für verfahrenstechnische Anwendungen genutzt werden. Dazu sollen Verfahrenstechniker und einschlägig bekannte Synthesechemiker sowie Werkstoffwissenschaftler gemeinsam das Potenzial definierter Porenstrukturen in der Verfahrenstechnik nutzbar machen. Die Hauptgebiete sollen Anwendungen, Synthese und Modellierung  von definierten Porenstrukturen in der Verfahrenstechnik sein. Es sollen einige paradigmatische Beispiele als Anwendungen herangezogen werden, überwiegend aus dem Bereich Umweltschutz und Energietechnik, zum Beispiel Adsorption von Fluiden, Membrantrennungen und -reaktoren, Trocknungstechnik, katalytische Mehrphasenreaktoren, Reinigung von Kraftwerksabgasen. Die benutzten porösen Materialien sollen entsprechend den Vorgaben optimaler verfahrenstechnischer Erfordernisse synthetisiert und dann im Betrieb getestet werden. Um vertiefte Einsichten in die Beziehungen zwischen Porenstruktur und Eigenschaften zu gewinnen, sollen detaillierte Porenmodelle und Modelle der Reaktions-/Diffusionsvorgänge erstellt werden, in Einzelfällen bis zur molekularen Auflösung (Monte Carlo, Molekulardynamik, DFT), deren Ergebnisse anhand der erwähnten Messmethoden geprüft werden sollen. Insbesondere sollen auch Analogien in der Modellierung verschiedener verfahrenstechnischer Anwendungen nachgewiesen werden. Dabei soll ein weitgehender rationaler, modellgestützter Entwurf der Porenstruktur angestrebt werden, der im Sinne des Produktdesigns die Leistungsfähigkeit des porösen Materials in einer bestimmten Anwendung unter Berücksichtigung eines Modells über eine Variation der Porenstruktur numerisch maximiert. 

Explizit ausgeschlossen sind Katalysatorentwicklung und Materialentwicklung, die nicht im unmittelbaren Zusammenhang mit Anwendung von Porenstrukturen in der Verfahrenstechnik steht. 

Antragsteller werden zunächst gebeten, bis spätestens 16. Juli 2010 Antragsskizzen (max. 2 Seiten: Titel, Projektleiter, verfahrenstechnische Problemstellung, wissenschaftliche Ziele, Lösungsmethoden, Kooperationen, Finanzbedarf) für die erste Förderperiode von zwei Jahren in elektronischer Form an den Koordinator des Schwerpunktprogramms, Professor Dr. Frerich Keil, zu senden. 

Vollständige Anträge für das erste und zweite Jahr sind in elektronischer Form auf CD-ROM und zweifacher, ungebundener, gelochter Ausfertigung bis spätestens 3. September 2010 unter dem Stichwort „SPP 1570“ beim Ansprechpartner der DFG-Geschäftsstelle, Dr.-Ing. Bernd Giernoth, einzureichen. Die Dokumente auf CD-ROM müssen mit den in Papier eingereichten Unterlagen identisch sein. Ein weiteres Exemplar des Antrags ist in elektronischer Form an den Koordinator des SPP zu schicken. 

Bitte berücksichtigen Sie beim Aufbau Ihres Antrages das Merkblatt zu Sachbeihilfen mit Leitfaden für die Antragstellung (DFG-Vordruck 1.02), das Ihnen im Internet zur Verfügung steht. 

Das Begutachtungskolloquium des Schwerpunktprogramms wird voraussichtlich Ende Oktober 2010 stattfinden.


Hinweis

Die Information für die Wissenschaft Nr. 27, Ausschreibung zum „Schwerpunktprogramm 1570 „Poröse Medien mit definierter Porenstruktur in der Verfahrenstechnik – Modellierung, Anwendungen, Synthese“ vom 23. Juni 2010 wurde zurückgezogen. Es wird eine neue Ausschreibung erfolgen. Weitere Informationen:

  • Dr.-Ing. Bernd Giernoth, Deutsche Forschungsgemeinschaft, Kennedyallee 40, 53175 Bonn, Tel.: 0228 885-2284, bernd.giernoth@dfg.de

Weiterführende Informationen

Das DFG-Merkblatt für Anträge auf Sachbeihilfe finden Sie unter:

Inhaltliche Fragen beantwortet Ihnen der Koordinator des SPP:

  • Professor Dr. Frerich Keil, Technische Universität Hamburg-Harburg, Studiendekanat Verfahrenstechnik, Institut für Chemische Reaktionstechnik, Tel.: 040 428783042, keil@tu-harburg.de 

Ansprechpartner in der DFG:

  • Dr.-Ing. Bernd Giernoth, Deutsche Forschungsgemeinschaft,
    Kennedyallee 40, 53175 Bonn, Tel.: 0228 885-2284, bernd.giernoth@dfg.de

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