OptiSORP: Beschleunigt die optimale Versuchsplanung die Durchführung von Adsorptionsgleichgewichtsexperimenten?

Hintergrund

Die Energiewende erfordert Einsparungen von Primärenergieträgern und damit energieeffizientere Prozesse. Noch heute gehen ca. 30 % des globalen, industriellen Energieinputs als ungenutzte Abwärme verloren, wovon wiederrum 28 % zwischen 60 und 100 °C vorliegen. Klimafreundliche Adsorptionssysteme können diese Niedertemperaturabwärme als Antriebsenergie nutzen, um z.B. Wärme oder Kälte bereitzustellen oder aktiv CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen.

Die Effizienz abwärmegetriebener Adsorptionssysteme hängt maßgeblich von den Gleichgewichtseigenschaften des Arbeitspaares ab, worüber genauste Kenntnisse nötig sind. Das Adsorptionsgleichgewicht beschreibt die anlagerbare Molekülmasse bezogen auf die Feststoffmasse. Die genauste Vermessung des Adsorptionsgleichgewichts ist mittels einer thermogravimetrischen Analysewaage möglich: Hierbei werden meist drei Adsorptionsisothermen bei jeweils zehn Drücken mit äquidistanten Abständen vermessen. Anschließend werden die Messungen genutzt, um händisch ausgewählte Gleichgewichtsmodelle zu parametrieren. Allerdings ist dieses Standardvorgehen sehr langsam und die vollständige Vermessung eines Arbeitspaares kann Wochen benötigen. Infolgedessen sind Adsorptionsgleichgewichtsmessungen langwierig, energieintensiv und teuer, wodurch schnelle Screenings bisher nicht möglich sind.

Zielsetzung

An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt „OptiSORP: Optimale Versuchsplanung zur kosteneffizienten Vermessung von Sorptionsgleichgewichten“ an: Durch die Anwendung der optimalen Versuchsplanung für Adsorptionsgleichgewichtsmessungen kann die Anzahl der benötigten Messpunkte für eine automatische Auswahl und Parametrierung des geeignetsten Gleichgewichtmodells drastisch reduziert werden. Eine Reduktion um bis zu 67 % ist laut ersten theoretischen Untersuchungen, die auf in-silico Experimenten beruhen, möglich. Im Forschungsprojekt OptiSorp wurde nun bestätigt, dass sich der Messaufwand für Adsorptionsgleichgewichtsmessungen auch praktisch reduzieren lässt.