Prof. Dr.-Ing. Irina Smirnova

Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Irina Smirnova

Technische Universität Hamburg
Thermische Verfahrenstechnik

Prof. Dr.-Ing. Irina Smirnova

Technische Universität Hamburg
Thermische Verfahrenstechnik

About

Die Forschung von Prof. Smirnova verbindet die Felder der integrierten Biotechnologie, Verfahrenstechnik und Thermodynamik. Insbesondere die Forschung an Prozessen mit hohen Drücken hat am Institut für Thermische Verfahrenstechnik, das sie leitet, eine lange akademische Tradition. Hier wird die Brücke von Grundlagenforschung bis zur Umsetzung in Pilotanlagen und große Mengen im industriellen Maßstab geschlagen.

Darüber hinaus forscht die Gruppe an der Thermodynamik von biologisch relevanten Systemen sowie zugehörigen Trennprozessen.

Integrierte Biotechnologie mit Hochdruck in die Anwendung

Ausgangspunkt der Forschung von Professorin Smirnova ist die Hochdruckverfahrenstechnik und die Nutzung überkritischer Flüssigkeiten, begleitet von einer Reihe ergänzender Methoden. Im Mittelpunkt der Verfahren steht die Veredelung von biogenen Reststoffen in hochwertige Rohstoffe für zahlreiche industrielle Anwendungen, in enger Zusammenarbeit mit großen und kleinen Unternehmen und hochrangigen Forschungsinstitutionen weltweit. Treibende Kraft hinter ihrer Forschung ist stets die Anwendbarkeit in der Industrie.

Bioraffinerie - Hochwertige Produkte aus Pflanzenresten

Nicht nur für die Energieerzeugung werden händeringend klimaschonende Alternativen zum Erdöl gesucht, sondern auch für die Ausgangsstoffe unserer Alltagsprodukte wie z.B. Kunststoffe. Abfallstoffe aus der Holzverarbeitung und andere pflanzliche Reststoffe liegen in großer Menge vor und eignen sich grundsätzlich dafür. Den Hauptbestandteil, die Lignocellulose, zu neuen Grundchemikalien aufzubereiten, erfordert jedoch ausgeklügelte Verfahren. Das ist eins der Forschungsgebiete von Professorin Smirnova: die Integration aus Biotechnologie und Verfahrenstechnik im Bereich der Bioraffinerie.

Eine Reihe aufeinander folgender Schritte, die selektive Fraktionierung, ist notwendig, um die Lignocellulose aus Reststoffen der Holzverarbeitung, Weizenstroh oder anderen pflanzlichen Reststoffen in Grund- und Feinchemikalien für die Verwendung in Endprodukten wie Kosmetika oder Klebstoffe umzuwandeln. Dieses besondere Verfahren der Bioraffinerie wird maßgeblich von Professorin Smirnova in Kooperation mit Unternehmen vorangetrieben und hat aktuell zu zwei Ausgründungen (Lignopure und BioMp) geführt.

Aerogele – Maßgeschneiderte Leichtgewichte mit hohem Anwendungspotenzial

Eines der Schlüsselverfahren, mit denen es dem Team von Professorin Smirnova gelingt, stabile und vielseitige Aerogele herzustellen, ist die Trocknung mit überkritischem Kohlendioxid. Mit dieser Methode entziehen sie und ihr Team den Hydrogelen das Wasser, behalten aber gleichzeitig die feste, gitterartige Struktur bei. Aerogele zeichnen sich durch luftgefüllte Nanoporen aus.

Diese leichtesten Feststoffe der Welt, die auch schon im Guinness Buch der Rekorde erwähnt wurden, können zum einen sehr gut Wärme dämmen. Zum anderen können nach Bedarf auch andere Stoffe in den Poren eingeschlossen bzw. wieder freigegeben, also reversibel adsorbiert werden, wodurch  sie Schadstoffgase filtern können. Nachdem Professorin Smirnova ihre Laufbahn mit anorganischen Silica Aerogelen begonnen hat, forscht sie jetzt an lebensmitteltauglichen Bioaerogelen. Diese können als Träger von Geschmacksstoffen in Lebensmitteln oder Wirkstoffen in Medikamenten eingesetzt werden. Das Team von Professorin Smirnova arbeitet an einer Reihe für verschiedene Anwendungen individuell angepasster Aerogele. Für den industriellen Einsatz wird das Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt und optimiert und die Aerogele werden mit aktuellsten Methoden umfassend charakterisiert. Bis zur großflächigen industriellen Anwendung ist jedoch noch viel Forschungsarbeit zu leisten.

Modellierung und Optimierung von Prozessen – Molekulare Methoden für Trennverfahren

Modellierung und Simulation der thermischen Trennverfahren runden das Forschungsspektrum von Professorin Smirnova und ihren Wissenschaftler:innen ab. Mit diesen Modellierungsverfahren gelingt es vor allem, die Herstellungsprozesse und Verfahrensschritte zu optimieren. Wichtigstes Ziel sind Vorhersagen, wie sich die Produkte und Prozesse verändern, wenn man das Verfahren vom Labormaßstab auf größere Produktionsmengen bis zum Industriemaßstab erweitert. Bleibt die Produktqualität erhalten? Ist die Sicherheit gegeben? Lassen sich die Trocknungszeiten verringern? Typische Fragestellungen, die Professorin Smirnova und ihr Team tagtäglich beschäftigen. Eine ihrer drei Forschungsgruppen entwickelt mit molekularen Methoden kosteneffiziente Trennverfahren für Lösungsmittel, die auf oberflächenaktiven Systemen basieren und vorwiegend in den Life Sciences gebraucht werden.

Aktuelle
Forschungsprojekte /
Aktivitäten

ELBE–NH: Effektivitätssteigerung von Lignin- Bioraffinerien durch ergänzende Nutzung von Hydrolysaten

Das Hauptziel dieses Projektes ist die Verwertung der Spaltprodukte aus der Hydrolyse. Diese fallen bisher als ungenutzte Nebenströme der Ligninproduktion in der Lignocellulose-Bioraffinerie an. Das Projekt basiert auf den Ergebnissen des Vorläuferprojekts „BIORAFFINERIE 2021“.

Bioraffinerie 2021 - Neue Wege zur integrierten Bioraffinerie zur Erweiterung der nutzbaren Biomasseressourcen

Mit Hilfe neuester methodischer Entwicklungen auf den Gebieten der Systembiologie, der Genomforschung und der Biotechnologie soll die effiziente Umwandlung landwirtschaftlicher Biomasse gesteigert werden. Dabei stehen gekoppelte Nutzungspfade für die energetische und stoffliche Verwendung von Biomasse, die sogenannte Kaskadennutzung, im Mittelpunkt. Dabei wird ein Schwerpunkt auf die bisher vernachlässigte Lignocellulose gelegt. Ziel sind biobasierte Wertstoffe z. B. für die Chemische Industrie sowie die Bau-, Textil-, Papier- oder pharmazeutische Industrie.

POLIGOM - Porous Lignous Organic Materials - Hochporöse Ligninmaterialien

In POLOGOM sollen in Kooperation mit österreichischen Partnern hochwertige, hochporöse ligninbasierte Materialien Materialien für Bau, Verpackung und Akustik entwickelt werden, die auf die Bedürfnisse des Marktes zugeschnitten sind. Marktreife poröse Produkte auf Ligninbasis in Partikel- oder Plattenform gibt es für die geplante Anwendung bisher nicht. Durch das Einbringen von hydrolytischem Lignin in poröse Werkstoffe können die thermischen, mechanischen und strukturellen Eigenschaften der Materialien modifiziert werden, um die Porenstruktur, die Wärmeleitfähigkeit, die mechanische Stabilität sowie den Flamm- und Alterungsschutz zu verbessern.

AERoGELS COST Projekt 18125 - "Advanced Engineering and Research of Aerogels for Environment and Life Sciences"

AERoGELS soll das Wissen von Experten auf dem Gebiet der Spitzentechnologie der Aerogele, der fortgeschrittenen Materialcharakterisierung sowie der biomedizinischen und Umweltforschung bündeln und so weitere Potenziale dieser nano- und mesoporösen Materialien heben. Die Ausbildung junger europäischer Forscher:innen in Forschung, Innovation und unternehmerischen Fähigkeiten durch Fachschulen, Veröffentlichungen und den Austausch von wissenschaftlichen Aufenthalten fördert interdisziplinäre Kooperationen.

I3 Lab „Smart Reactors“

In diesem interdisziplinären Projekt werden intelligente Materialien (Responsive Gele) zur besseren Kontrolle der Reaktoren verwendet. Dabei reagieren diese Gele gezielt auf die Temperatur oder die Anwesenheit bestimmte Chemikalien und können durch Veränderung ihrer Struktur zum Beispiel Ventile öffnen und schließen. Somit kann der Reaktor „selbstständig“ auf veränderte Umgebung reagieren und sich anpassen, ohne dass eine externe Steuerung notwendig ist.

NanoHybrids – Eine neue Generation nanoporöser organischer und hybrider Aerogele für industrielle Anwendungen: Vom Labor in die Pilotproduktion

Das europäische Forschungsprojekt mit namhaften Partnern aus Wissenschaft und Industrie hat Produktionsverfahren für organische Aerogelpartikel weiterentwickelt. Erstmals konnten größere Mengen dieser neuen Materialien in erwünschter Zusammensetzung, Porosität und Partikelform hergestellt werden. Damit wurde ein Meilenstein auf dem Weg zur Produktion in großindustriellem Maßstab erreicht.

Zukunftsvision

Häuser, die mit dünnen Schichten aus superleichten Aerogelen wärmegedämmt werden, Klebstoffe auf der Basis von Holzreststoffen, hochwertige Inhaltstoffe in Lebensmitteln — das ist nur eine Auswahl möglicher Produkte, die Professorin Smirnova sich als Ergebnis ihrer Arbeit wünscht. In enger Zusammenarbeit mit Unternehmen will sie neue biobasierte Verfahren entwickeln und diese aus dem Labormaßstab bis in die industrielle Produktion bringen.

Schwerpunkte

  • Hochdruckverfahrenstechnik
  • Bioraffinerie – Veredelung pflanzlicher Reststoffe
  • Produktionsprozesse nano- und mesoporöser Materialien (Aerogele)
  • Trennverfahren für die Life Sciences
  • Molekulare thermodynamische Methoden
  • Überkritische Fluide Thermische Verfahrenstechnik vom Labormaßstab bis zur Pilotanlage
  • Innovative Nutzung von Lignin
  • Aerogele in Lebensmittelqualität

Kooperationen

  • Langjährige Zusammenarbeit mit zahlreichen Unternehmenspartnern wie z.B. Arcelik, BASF, Dräger, Nestlé
  • AERoGELS COST Projekt 18125 – „Advanced Engineering and Research of Aerogels for Environment and Life Sciences“ – Netzwerk internationaler Wissenschaftler:innen auf dem Gebiet der Aerogelforschung in Wissenschaft, Wirtschaft und Behörden
  • Koordinatorin des BMWI-Clusters “Aerogele für die Energieeffizienz”
  • Vorsitzende der ProcessNet-Fachgruppe „Hochdruckverfahrenstechnik“ (DECHEMA und VDI-GVC) und Mitglied der ProcessNet-Fachgruppen „Thermodynamik“, Adsorption“ und „Fluidverfahrenstechnik“
  • Mitherausgeberin der Fachzeitschriften „Journal of Supercritical Fluids“, „Annual Reviews in Chemical Engineering and Biomolecules“ und “Industrial and Chemistry Research”
  • Vorsitzende der Internationalen Konferenz „International Seminar on Aerogels“

Interessiert an

Professorin Smirnova arbeitet sehr gern und intensiv mit sehr unterschiedlichen Unternehmen zusammen, um neue Verfahren und Produkte zu entwickeln.

Sie begeistert sich nicht nur für ihre eigene Forschung, sondern ist ebenso stolz auf die hervorragende Leistung der Wissenschaftler:innen ihres Teams, unter dem sich ausgesprochen viele Frauen für ein ingenieurwissenschaftliches Institut befinden.

  • Einsatz der Bioraffinerieprodukte in der Industrie
  • Alle Aspekte der Nutzung von Aerogelen
  • Entwicklung innovativer Trenneverfahren für komplexe Gemische

 

Digital Leadership

Ein Gespräch über das Silicon Valley Mindset, Innovation durch Kooperation...

de_DEGerman

Wissen entdecken, Expertise finden &

gemeinsam Ideen verwirklichen