2. RUHR-SYMPOSIUM - Rückblick 2015 by Daniel Przygoda

Funktionale

2. RUHR-SYMPOSIUM

Materialien für die Katalyse 28. Oktober 2015, Fraunhofer-inHaus-Zentrum, Duisburg

RÜCKBLICK

RUHR-SYMPOSIUM 2015

Die Gastgeber

Prof. Dr. Christof Schulz

Wissenschaftlicher Direktor CENIDE (*)

Prof. Dr. Ferdinand Dudenhรถffer

Direktor CAR - Center Automotive Research (*)

Zusammenstellung und Gestaltung: Daniel Przygoda, D+S Automotive GmbH

RUHR-

RÜCKBLICK

150 Teilnehmer

über aus Wissenschaft und Industrie

hne sie läuft fast nichts: in über 80 Prozent aller Prozesse in der Chemieindustrie verhelfen Katalysatoren zu schnelleren Reaktionen oder setzen sie überhaupt erst in Gang. Funktionale Materialien für die Katalyse standen deshalb am 28. Oktober 2015 im Mittelpunkt des 2. RUHR-Symposiums am Campus Duisburg, das vom Center for Nanointegration (CENIDE) sowie dem Center for Automotive Research (CAR) veranstaltet wurde. Rund 150 Teilnehmer/-innen aus Wissenschaft und Industrie besuchten die zahlreichen Vorträge, informierten sich auf der begleitenden Fachausstellung und diskutierten über neue Konzepte, Entwicklungen und Anwendungsmöglichkeiten Funktionaler Materialien.

FORUM FÜR DIE POLYURETHANINDUSTRIE

-SYMPOSIUM 2015

RUHR-SYMPOSIUM 2015

Themenschwerpunkte Prof. Dr. Robert Schlögl (links), Gründungsdirektor des Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion, referierte über die wissenschaftlichen und anwendungsbezogenen Aspekte heterogener Katalyse. „Macht die Energiewende energieintensive Unternehmen entbehrlich?“ fragte hingegen Michael Schmidt, Vorstandsvorsitzender bei BP Europa SE.

Heterogene Katalyse - Wissenschaft und Anwendung Prof. Dr. Robert Schlögl, Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion Macht die Energiewende energieintensive Unternehmen entbehrlich? Michael Schmidt, BP Europa SE

Forschung

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Energiespeicherung Katalysatoren für Power-to-Chemicals Prof. Dr. Malte Behrens, Universität Duisburg-Essen

Rohstoff Hüttengase - Initiative zur stofflichen Nutzung Dr.-Ing. Reinhold Achatz, ThyssenKrupp AG

Abgasreinigung Automotive Katalytische Stickoxidminderung in oxidierende Abgasströmen: Was wir über die Wirkungsweise der Katalysatoren wissen Prof. 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

Edelmetallkatalyse Laserbasierte Synthese von heterogenen Katalysatoren Prof. Dr.-Ing. Stephan Barcikowski, Universität Duisburg-Essen

Neue Entwicklungen in Herstellung und Anwendung von Edelmetallkatalysatoren Dr. Rainer Kiemel, Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG

Synthetische Treibstoffe/Biomasse Biomasse als alternative Rohstoffquelle Prof. Dr. Ferdi Schüth, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Katalyse für die Nachhaltige Chemische Industrie Prof. Dr. Leslaw Mleczko, Bayer Technology Services GmbH

Technische homogene Katalyse Scale-Up homogenkatalytischer Reaktionen vom Labor in den Miniplant-Maßstab am Beispiel der Hydroformylierung Prof. Dr. Arno Behr, TU Dortmund

Neue Katalysatoren für die Hydroformylierung Prof. Dr. Robert Franke, Evonik Industries AG

Haben Sie Interesse am Download einzelner Fachvorträge? Ihr Ansprechpartner:

Jan Wortberg E-Mail jan.wortberg@ds-automotive.de Telefon 0203 - 306 - 1247

Better Upscaling and Optimization of NANOPARTicle and Nanostructure Production by means of Electrical Discharges Coordinator: Einar Kruis, Institute for Nanostructures and Technology (NST) and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of DuisburgEssen www.buonapart-e.eu

New applications enabled by our new technology Nanofluids for better cooling of blast furnaces Blast furnaces contain a large

Nanocomposites with new electric / catalytic properties

amount of heat exchanger units. The cooling consumes vast amounts of energy.

Innovation: Nanofluids from scalable synthesis process with increased heat conductivity

Fabrics with antimicrobial properties 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 Staphylococcus aureus

no wash

after 10 washes

5 4 3 2 1 0

Antibacterial activity

PES1 PES2 PES3 PES4 PES5 PES6 PES7 PES8

Klebsiella pneumonae

no wash

Nanoparticles on membranes for chemical catalysis 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.

after 10 washes

5 4 3 2 1 0

PES1 PES2 PES3 PES4 PES5 PES6 PES7 PES8

Sample

400nm

Sample

Nanoseeds for solar cell production Innovation: improvement of Aerotaxy process (aerosol generator, size selection by DMA) which required size-selected Au nanoparticles with high aerosol loading for nanowhisker growth

In cooperation with BUONAPART-E consortium:

Innovations: • Synergetic effect of Zn nanoparticles in flame retardancy formulations for polymers • Composites, paint and inks with catalytic activities against sulphur compounds • Cu based dispersion in composites with high electrical conductivity

SPR chemical/bio-sensors based on clusters of metallic nanoparticles Innovation: Low-cost fabrication of periodic nanostructures such as nanocrosses

Technological Innovations Monitoring techniques

Supporting Technology

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: valve-less filtration system including pulse-jet and wet cleaning, especially adopted for pyrophoric nanoparticles minimizing potential working place exposure.

Innovation: Quasi-online SAXS/WAXS nanoparticle quality assurance instrument, yields primary particle size, fractal dimension and the crystallinity Innovation: Lowcost discharge/OSU monitoring equipment

Optimal Single Unit

IP strategy:

Scaling-up stategy:

• open access to basic OSU unit (plans, joint order, borrowing) by all partners • add-ons can be patented • OSU optimizers, scientists and applications all use the same OSU

Size narrowing and size selection: Scaled-up differential mobility analyser (DMA)

Q = 400 lpm

Key points: • Setup uses off-the-shelf components, easy optimization for minimal energy consumption • Power supply from consumer market (only 200 EUR/kW)

Scaling-up 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 properties as with single OSU

q (lpm) σg 50 1.045 100 1.050 200 1.080

dN/d(dp) (cm-3)

1.5x104

1.0x104

• maximize output by single OSU • then number-up (multiples of 8) • no exhaust due to closed loop carrier gas recirculation • Parallel development of pilot plant and inner details of OSU

Innovation: a low-cost long-term stable plasma evaporation method with built-in feeder Innovation: high-frequency spark discharge allowing stoichiometric evaporation

5.0x103

0.0 60

100

120

140

Mobility diameter dp (nm)

160

180

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

Scientific output up to M36 In cooperation with BUONAPART-E consortium:

Acknowledgement •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 University of Duisburg-Essen (coordinator)

Lund University

Delft University of Technology Sol Voltaics AB

Tampere University of Technology

FOMENTEX

PALAS

Avanzare

Karlsruhe Institute of Technology Stiftelsen SINTEF

University of Szeged

Protia AS

Åbo Akademi University

Universidad Politecnica Valencia

A European R&D project with 21 partners and a budget of 10,4 M€. The research leading to these results has received funding from the European Union‘s Seventh Framework Programme under Grant Agreement n° 280765 (BUONAPART‐E).

CNRS

DAS Photonics

TU Eindhoven

IUTA e.V.

ThyssenKrupp Steel Europe AG

RAMEM S.A.

Metal Nanopowders Ltd.

RUHR-SYMPOSIUM 2015

Keynote Robert Schlögl

Max-Planck-Instituts für Chemische Energiekonversion

Heterogene Katalyse Wissenschaft und Anwendung 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 19821983 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 Professor für Anorganische Chemie an der Universität Frankfurt. Seit 1994 Direktor am Fritz-Haber-Institut 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).

Vita

We are specialised in highly automated reactor systems for laboratory as well as for piloting applications. Our main focus is catalyst screening and testing technology for high-throughput experimentation in chemistry and materials research. Besides parallel reactor systems we offer highly automated test rigs for DeNOx catalysts either for automotive or industrial applications.

> catalyst and materials testing > homogenous and heterogeneous catalysis > process development and optimisation > quality testing and quality control

RUHR-SYMPOSIUM 2015

Besprochen wurden neue Konzepte, Entwicklungen und Anwendungsmöglichkeiten Funktionaler Materialien für die Katalyse. Schwerpunktthemen waren Fragen der Energiespeicherung, der Abgasreinigung bei Autos, Edelmetallkatalyse sowie technisch homogenen Katalyse, synthetische Treibstoffe und Biomasse.

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 oxidierenden Abgasströmen.

Sprach über die Abgasnachbehandlung in Dieselfahrzeugen im Realfahrbetrieb: Dr. Anke Wörz, Entwicklungsmanager für Automotive Catalysts bei der Umicore AG & Co. KG.

Dr.-Ing Reinhold Achatz (links), Leiter Corporate Function Technology, Innovation & Sustainability der ThyssenKrupp AG, während der Session über Energiespeicherung zum Thema Hüttengase als Rohstoff. Sein wissenschaftlicher Tandempartner Prof. Dr. Malte Behrens, Fachbereich Anorganische Chemie an der Universität Duisburg-Essen, referierte über Katalysatoren für Power-to-Chemicals.

Gingen in der Session zur Edelmetallkatalyse kompetent 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.

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Keynote Michael Schmidt Vorstandsvorsitzender

Über die Vorzüge der Biomasse als alternative Rohstoffquelle referierte Prof. Dr. Ferdi Schüth, Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung sowie Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft.

„Macht die Energiewende energieintensive Unternehmen entbehrlich?“ 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 Betriebswirtschaft. Ein Jahr später übernahm er dann die kaufmännische Leitung der Raffinerie Gelsenkirchen. 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

Anschließend ging Prof. Dr. Leslaw Mleczko, Katalyseexperte der Bayer Technology Services GmbH, in seinem Vortrag auf die Katalyse für die nachhaltige chemische Industrie ein.

im Jahr 2010 blieb Michael Schmidt Personalvorstand und Geschäftsführer einiger Tochtergesellschaften. 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.

Ihr Tandemvortrag in der Session zur Technisch homogenen Katalyse rundete das vielfältige Programm ab: Prof. Dr. Arno Behr (rechts), Fachbereich Technische Chemie an der TU Dortmund, und Prof. Dr. Robert Franke (links im Bild), Leiter Forschung & Innovation Hydroformulierung im Geschäftsbereich Industrial Chemicals der Evonik Industries AG.

Vita

Our nanoparticles Your supporting material

High purity

Your functionalized catalyst

High yield

Process stability

Innokat Functional nanomaterials for catalysis and energy research

Scalable

Process catalyst

Photocatalyst

Electrocatalyst

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.

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,

Contact +49(0) 203379-8116 galina.marzun@uni-due.de Technical Chemistry I Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE) NanoEnergieTechnikZentrum NETZ Carl-Benz-Strasse 199 www.uni-due.de/barcikowski D-47057 Duisburg www.uni-due.de/marzun-group

MOFs, ZEOLITES, ACTIVATED CARBONS, CATALYSTS AND CATALYST SUPPORT • 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 userdefined reports with the ability to interactively evaluate isotherm data. Direct modeling for BET, t-Plot, Langmuir, DFT interpretation, and new advanced NLDFT methods

Visit www.micromeritics.com to learn more about surface characterization for your lab.

a division of

The Microactivity-EFFI Reactor

A Compact Microreactor for Measuring Online, the Activity and Selectivity of Catalysts â&#x20AC;˘ Quasi-zero dead volume design permits analysis of first drops to determine initial catalytic activity and kinetics â&#x20AC;˘ Real-time analyses of reaction products from Fischer-Tropsch synthesis. Permits catalyst activity monitoring as a function of time

Visit the Micromeritics booth or www.particulatesystems.com for more information.

Das 3. RUHR-SYMPOSIUM „Funktionale Materialien“ findet am 27. Oktober 2016 auf dem Campus Duisburg der Universität Duisburg-Essen statt. D+S Automotive GmbH Bismarckstraße 142 47057 Duisburg www.ds-automotive.de

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