Herausforderungen und Ziele

Sogenannte „kapazitive“ Trennverfahren beruhen auf elektrochemischen Prozessen zur Trennung von Ionen bzw. geladenen Molekülen und benötigen keine chemischen Zusatzstoffe zur Ablösung der angereicherten Moleküle.

Trotz zunehmender technischer Nutzung dieses Verfahrens sind zahlreiche Details noch unverstanden, insbesondere das komplexe Zusammenspiel zwischen elektrischem Feld, Diffusion und Strömungsverhalten. Es werden zudem unterschiedliche Elektrodenformen und -materialien betrachtet und später die Simulationsergebnisse mit realen Messungen überprüft. Durch kapazitive elektrochemische Separationsverfahren für Biomoleküle können neue und verbesserte biotechnologische Verfahren deutliche Wettbewerbsvorteile erzeugen.

Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Mittels computergestützter Multiskalen-Simulation wird ein elektrochemisches Trennverfahren für die Biotechnologie etabliert. Dabei bestimmt das verwendete Elektrodenmaterial auch die bauliche Realisierung in der Praxis und somit auch die damit zusammenhängenden nano-, mikro- und makroskopischen Effekte.

Das Zusammenwirken dieser drei Skalen soll erstmals durch eine Computersimulation umgesetzt und zur Bestimmung des bestmöglichen Trennverfahrens genutzt werden.

Projektpartner

Technische Universität München TUM (Professur für Selektive Trenntechnik), Garching

→ Mikro- und makroskopische Simulationen zur potential-kontrollierten chromatographischen Trennung von Biomolekülen in einer Schüttgut-Elektrode

Karlsruher Institut für Technologie KIT (Institut für Funktionelle Grenzflächen), Karlsruhe

→ Multiskalige Modellierung elektrochemischer Prozesse und Apparate auf Basis kapazitiver Flachelektroden

Karlsruher Institut für Technologie KIT (Institut für Nanotechnologie), Karlsruhe

→ Molekulardynamische Simulation und Workflow Architektur für die multiskalige Modellierung kapazitiver elektrochemischer Prozesse