Für Prozesse in der chemischen Industrie braucht es sehr viel Energie. Der Gasverbrauch zur Herstellung von Erzeugnissen wie pharmazeutische Wirkstoffe, Desinfektionsmittel oder Kunststoffe ist also enorm hoch. Damit solche chemischen Prozesse aber effizienter, fossile Energieträger geschont, der Energieverbrauch gesenkt und damit Kosten gespart werden, ist es wichtig, den Verlauf der Herstellung zu beobachten. So kann das Ende einer chemischen Reaktion bestimmt, die Energiezufuhr zum bestmöglichen Zeitpunkt beendet und der Prozess optimiert werden.

Genau damit beschäftigen sich Forschende in den Laboren des Instituts für Thermische Verfahrenstechnik, Umwelt- und Naturstoffverfahrenstechnik. Für diese Beobachtung des Herstellungsprozesses, das sogenannte Echtzeit-Monitoring, wenden die Forschenden die Raman-Spektroskopie an. Dabei wird aus einem Reaktor eine wässrige Reaktionslösung durch eine Kapillare, ein feines Röhrchen, gepumpt, das nicht nur die Lösung, sondern auch Licht leiten kann. Tritt dieses Licht, das durch ein Fenster in die Kapillare eingestrahlt wird, auf der anderen Seite der Kapillare wieder aus, kann es mit einem Spektrometer sekundenschnell analysiert werden. 

Dabei lässt sich feststellen, wie viel von dem Endprodukt bereits in der wässrigen Reaktionslösung vorhanden und ob die Reaktion beendet ist. Für diese Technologie müssen die Kapillaren aber auf der Innenseite mit einem hochporösen und wasserabweisenden Stoff, einem sogenannten Aerogel, beschichtet und eine wässrige Lösung in ihren hohlen Kern eingefüllt werden. Nur so ist die Kapillare auch als Lichtleiter verwendbar. Das Licht kann an der Grenzfläche zwischen flüssiger wässriger Lösung und Aerogelschicht reflektiert werden. Das funktioniert, weil ein Aerogel fast nur aus Luft besteht und daher ein optisch weniger dichtes Medium als die flüssige Probelösung ist. Die Entwicklung dieser aerogelbeschichteten Kapillaren erforscht das Team des Instituts im Labormaßstab.

Zudem läuft seit November 2023 über 18 Monate ein von der Europäischen Union gefördertes Validierungsprojekt. In dieser Zeit werden Pilotunternehmen gesucht, die diese aerogelbasierten Flüssigkernlichter testen. Aerogele werden nicht nur in Flüssigkernlichtleitern verwendet, sondern können aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit auch als Dämmmaterial eingesetzt werden. Dabei kommt dem Produktionsschritt der überkritischen Trocknung besondere Bedeutung zu, welcher von einer weiteren Arbeitsgruppe mittels Raman-Spektroskopie untersucht und optimiert wird.