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UMR und HOF Sonderanlagenbau optimieren Gefriertrocknung mit Terahertz-Sensorik
Gemeinsames Forschungsprojekt entwickelt berührungslose Messtechnik zur Optimierung pharmazeutischer Gefriertrocknungsprozesse.
Die AG Halbleiterphotonik von Prof. Dr. Martin Koch nutzt solche Terahertz-Sensoren für ihre Experimente. Der Sensor soll einmal Gefriertrocknungsprozesse in der Industrie überwachen. Bildnachweis: Martin Koch.
Gefriertrocknung ist ein wichtiger Prozess bei der Herstellung empfindlicher Arzneimittel, benötigt jedoch viel Energie und kann teilweise länger dauern als technisch notwendig. Hier setzen Physiker der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Martin Koch und die HOF Sonderanlagenbau GmbH mit einem gemeinsamen Forschungsprojekt an: Sie entwickeln eine neue Messtechnik, die mithilfe von Terahertz-(THz)-Strahlung den Trocknungszustand eines Produkts direkt und berührungslos während des laufenden Trocknungsprozesses erfassen soll. „Wir wollen mit der Terahertz-Sensorik direkt in das Produkt hineinschauen, ohne es zu berühren oder den Prozess zu unterbrechen“, sagt Martin Koch, Leiter der Arbeitsgruppe Halbleiterphotonik der Philipps-Universität Marburg. „Damit schaffen wir die Grundlage dafür, Gefriertrocknungsprozesse künftig gezielter zu steuern und genau dann zu beenden, wenn der gewünschte Trocknungsgrad erreicht ist.“ Das Kooperationsprojekt mit dem regionalen Wirtschaftspartner HOF Sonderanlagen aus Lohra/Mittelhessen wird vom Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur über die LOEWE-Förderlinie 3 gefördert und hat ein Gesamtvolumen in einer Höhe von rund 409.000 Euro.
Innovative Lösungen aus der Region
„Die Kooperation mit HOF Sonderanlagenbau zeigt, wie wir unsere Forschungskompetenz gezielt in die Anwendung bringen und gemeinsam mit Unternehmen der Region innovative Lösungen für konkrete Herausforderungen entwickeln“, sagt Uni-Präsident Prof. Dr. Thomas Nauss. „Solche Transferpartnerschaften sind ein wichtiger Bestandteil unseres Selbstverständnisses als Universität: Wir wollen wissenschaftliche Erkenntnisse nicht nur gewinnen, sondern auch dazu beitragen, dass sie Wirtschaft und Gesellschaft zugutekommen und weiterbringen. Das Projekt verbindet exzellente Forschung mit einem konkreten Innovationspotenzial für die regionale Wirtschaft.“
Der Hessische Wissenschaftsminister Timon Gremmels betont: „Die Zusammenarbeit zwischen der Philipps-Universität Marburg und der HOF Sonderanlagenbau zeigt eindrucksvoll, wie exzellente Grundlagenforschung den direkten Sprung in die wirtschaftliche Praxis schafft. Mit unserer LOEWE-Förderung unterstützen wir gezielt solche wegweisenden Kooperationen zwischen hessischen Hochschulen und innovativen regionalen Unternehmen. Die neue Terahertz-Technologie macht aufwendige Produktionsprozesse in der Pharmaindustrie nicht nur präziser, sondern spart gleichzeitig wertvolle Energie ein. Das Projekt ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Innovationen zu mehr Nachhaltigkeit und zur Stärkung unserer regionalen Wirtschaft beitragen.“
Vom Labor zum industriellen Einsatz
Zum Einsatz kommen kompakte THz-Transceiver, die elektromagnetische Wellen in die Probe aussenden und wieder empfangen. Verändert sich der Wassergehalt des Gefriertrocknungsprodukts, verändert sich auch das Messsignal. Die Projektpartner wollen die Technologie zunächst in Laboranlagen von HOF integrieren und in verschiedenen Messanordnungen testen. Im Unterschied zu etablierten Verfahren soll die neue Sensorik nicht lediglich den Wasserdampf in der Anlage messen, sondern direkt am Produkt ansetzen – ohne Sonden, die mit dem pharmazeutischen Produkt in Kontakt kommen. Die neuen, vergleichsweise preisgünstigen THz-Transceiver eröffnen dabei die Möglichkeit, die Technologie für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen. „Hiermit können wir einen technologischen Meilenstein setzen, der nicht nur die Qualität des herzustellenden Produkts verbessert, sondern der gleichzeitig auch den aufwendigen Gefriertrocknungsprozess energetisch effizienter und somit nachhaltiger macht“, erklärt Dr. Alexander Hof, Geschäftsführer der HOF Sonderanlagenbau GmbH.
Nachhaltige Produktionssteuerung
Aus den Versuchen sollen zwei Demonstratoren hervorgehen, die anschließend zu einem marktfähigen Seriengerät weiterentwickelt werden können. Für HOF Sonderanlagenbau, einen international tätigen Spezialisten für Gefriertrocknungsanlagen, eröffnet die Technologie ein weiteres Anwendungsfeld und ein zusätzliches technologisches Alleinstellungsmerkmal. Durch kürzere Trocknungszeiten könnten Energieverbrauch und Anlagenauslastung verbessert werden. Zunächst steht die Pharmaindustrie im Mittelpunkt – etwa bei der Herstellung von Insulin oder Antibiotika als sogenannte Bulk-Ware. Perspektivisch soll die Messtechnik auch für die Lebensmittelindustrie nutzbar sein, beispielsweise bei der Gefriertrocknung von Kaffee, Milchprodukten, Obst oder Gemüse.
Kontakt
Philipps-Universität Marburg
Prof. Dr. Martin Koch
Fachbereich Physik