Model-based screening of reaction pathways for processing of biorenewables

In dieser Arbeit wird die optimierungs-basierte Screeningmethode „Reaction Network Flux Analysis“ (RNFA) zur effektiven Identifizierung, Bewertung und Auswahl von Reaktionswegen entwickelt und auf Beispiele aus dem Bereich der nachwachsender Rohstoffe angewendet. In einem Netzwerk aus potenziell möglichen Reakionen werden zunächst die optimalen Reaktionswege als Kombinationen verschiedener Reaktionsschritte identifiziert. Dazu wird die Massenbilanz des Netzes mithilfe von Optimierungsansätzen ausgewertet. Ergänzend werden energetische, ökologische oder ökonomische Bewertungskriterien eingeführt, die auf nur wenigen Daten beruhen und so auf die Anforderungen der frühen Entwicklungsphase abgestimmt sind. Zur Untersuchung von Unsicherheiten können zusätzlich Sensitivitätsanalysen durchgeführt werden. Anhand der gewählten Bewertungskriterien können die Reaktionspfade beurteilt werden, um aussichtsreiche Alternativen in einem detaillierteren Prozessdesign zu verfeinern und Nachteile gezielt zu verbessern. Ziel der Analyse ist, die Anzahl der Reaktionswege für eine ausführlichere Betrachtung systematisch zu verringern. Damit hilft RNFA den Übergang von der Katalysator- und Reaktionsforschung zum konzeptionellen Prozessentwurf erheblich zu erleichtern. Neben einer schnellen Durchführung von Parameterstudien ermöglicht das einfache Modellierungskonzept eine effiziente Verknüpfung mit weiteren modell-basierten Designmethoden. Exemplarisch werden die Verbindung zum Produktdesign und zur Modellierung des Rohstoffmarktes ausgearbeitet.