Was sind die aktuellen Trends und Innovationen in der Forschung und Entwicklung zur Prozessintensivierung?

2 Hybride Prozesse

Ein weiterer Trend in der PI-Forschung und -Entwicklung ist die Integration verschiedener Prozessschritte oder Technologien in hybride Prozesse, die ihren Nutzen synergistisch nutzen und ihre Grenzen überwinden können. Hybride Verfahren können beispielsweise thermische, mechanische, chemische oder biologische Prozesse kombinieren, um eine bessere Trennung, Reinigung oder Umwandlung komplexer Mischungen oder Ströme zu erreichen. Einige Beispiele für hybride Verfahren sind die reaktive Destillation, bei der Reaktion und Destillation in einer Kolonne kombiniert werden; Extraktion überkritischer Flüssigkeiten, bei der eine Flüssigkeit bei hohem Druck und hoher Temperatur verwendet wird, um wertvolle Verbindungen aus Biomasse zu extrahieren; und die hydrothermale Verflüssigung, bei der nasse Biomasse unter hoher Temperatur und hohem Druck in Bioöl umgewandelt wird.

3 Prozessintensivierung durch Design

Ein dritter Trend in der PI-Forschung und -Entwicklung ist die Anwendung systematischer und ganzheitlicher Designmethoden und -werkzeuge , mit denen PI-Möglichkeiten und -Lösungen identifiziert, bewertet und optimiert werden können. Diese Methoden und Werkzeuge können Prozesssynthese-, Analyse-, Simulations-, Optimierungs- und Steuerungstechniken umfassen, mit denen der Entwurfsraum erkundet, Kompromisse identifiziert und die besten PI-Alternativen ausgewählt werden können. Einige Beispiele für die Prozessintensivierung durch Entwurfsmethoden und -werkzeuge sind PI-Indikatoren, die den von einem Prozess erreichten PI-Grad messen; PI-Screening-Tools, die verschiedene PI-Optionen auf der Grundlage mehrerer Kriterien vergleichen; und PI-Optimierungs-Frameworks, die die Struktur und Parameter von PI-Prozessen optimieren.

4 Digitalisierung und Automatisierung

Ein vierter Trend in der PI-Forschung und -Entwicklung ist die Integration von Digitalisierungs- und Automatisierungstechnologien, die den Betrieb, die Überwachung und die Steuerung von PI-Prozessen verbessern können. Zu diesen Technologien können Sensoren, Aktoren, Steuerungen, Datenerfassungs-, Analyse- und Visualisierungssysteme, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und das Internet der Dinge gehören. Diese Technologien können Echtzeit-Feedback, adaptive Steuerung, vorausschauende Wartung, Fernbedienung und intelligente Entscheidungsfindung für PI-Prozesse ermöglichen. Einige Beispiele für Digitalisierungs- und Automatisierungstechnologien für PI sind intelligente Sensoren, die mehrere Prozessvariablen messen und mit anderen Geräten kommunizieren können; digitale Zwillinge, bei denen es sich um virtuelle Nachbildungen von PI-Prozessen handelt, die deren Leistung simulieren und optimieren können; und cyber-physische Systeme, bei denen es sich um Netzwerke aus physischen und rechnerischen Komponenten handelt, die miteinander interagieren und sich koordinieren können.

5 Nachhaltigkeit und Zirkularität

Ein fünfter Trend in der PI-Forschung und -Entwicklung ist die Ausrichtung der PI-Ziele und -Ergebnisse auf die Prinzipien der Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft. Das bedeutet, dass PI-Prozesse darauf abzielen sollten, ihre Umweltauswirkungen zu minimieren, ihre Ressourceneffizienz zu maximieren und zur Kreislaufwirtschaft beizutragen. Dies kann die Verwendung erneuerbarer oder aus Abfällen gewonnener Rohstoffe, Energiequellen und Katalysatoren beinhalten; Reduzierung der Treibhausgasemissionen, des Wasserverbrauchs und des Abfallaufkommens; Rückgewinnung und Wiederverwendung wertvoller Materialien und Energie; und die Herstellung neuer Produkte oder Dienstleistungen aus Abfallströmen. Einige Beispiele für Nachhaltigkeits- und Kreislaufaspekte von PI sind Bioraffinerien, die Biomasse in mehrere Produkte und Energie umwandeln; Kohlenstoffabscheidung und -nutzung, bei der Kohlendioxid in nützliche Chemikalien oder Kraftstoffe umgewandelt wird; und Waste-to-Value, bei denen Abfallströme in Produkte oder Energie mit Mehrwert umgewandelt werden.