Particles shape our world and everyday life: Macroscopic material and product properties are determined by interactions and processes at the microscopic level, such as agglomeration and breakage. When multiple materials come together, the resulting heterogeneous structures (hetero-agglomerates) are more than just the sum of their parts. One example is the microstructure in lithium-ion batteries, where active material and carbon black particles are combined and structured to provide both high capacity and good electrical conductivity. 
Describing these heterogeneous systems poses its own challenges: Under what conditions do hetero-agglomerates form? How can they be characterized? How are the surface properties of a hetero-agglomerate defined? How and when do hetero-agglomerates break? The recently founded research group “Particle Dynamics in Heterogeneous Systems” (www.pdhs-group.com/) aims to answer these questions both theoretically and experimentally.
This talk gives an overview of our current projects and future ideas. It focuses on challenges, solution strategies, but above all on questions that still need to be answered. Selected (more specific) areas include population balance equations (PBE), data integration via machine learning (hybrid models), continuous extrusion of battery slurries, spray flame synthesis, and multi-scale characterization of hetero-aggregates.
Vortragssprache: deutsch

In vielen Lebensmitteln sind sowohl wässrige als auch ölige Phasen enthalten. Da diese sich nicht ineinander lösen, liegt die ölige Phase meist als Tropfen vor, umgeben von der wässrigen Phase. In der Natur sind diese dispersen Systeme auf unterschiedliche Weise stabilisiert. Pflanzen lagern ihre Fette in Oleosomen. In der Milch von Säugetieren liegen mit Proteinen stabilisierte Öltropfen vor. In tierischem Fleisch befinden sich eingelagerte Fette vor allem im Perimysium zwischen den Muskelfaserbündeln.
Für haltbare, kostengünstige und schmackhafte Lebensmittel aus alternativen Rohstoffen muss die Verteilung und Stabilisierung von Lipiden entsprechend beherrscht werden, um für den Verbraucher gewohnte Produkteigenschaften zu erzeugen. Die Herstellung von Emulsionen oder die Anpassung natürlich vorkommender Emulsionen an die Anforderungen der Verbraucher ist dabei eine komplexe Herausforderung. Die Grenzflächen in den Systemen benötigen bei ihrer Herstellung Energie und sind während der Lagerung thermodynamisch instabil.
In diesem Vortrag geht es um verschiedene Aspekte der Emulgiertechnik aus der Forschungsgruppe „Verkapselungsmethoden für Lebensmittel- und Biotechnologieanwendungen“. Dabei werden aktuelle Forschungsbeispiele aus der Emulsionsherstellung, der Untersuchung der Stabilität von Emulsionen und dem Zusammenhang zwischen der Emulsion und den vom Verbraucher gefragten Produkteigenschaften beleuchtet:
 
-       Trägt eine Minimierung der Grenzflächenspannung zur Herstellung stabilerer Emulsionen bei und wie unterscheidet sich die Stabilität von Öltropfen und Wassertropfen bei ähnlichen Grenzflächeneigenschaften?
-       Verändert sich das Mundgefühl, wenn das im Kühlschrank feste Milchfett durch ein flüssiges Pflanzenöl ersetzt wird und ist das einer der Gründe, weshalb Milchalternativprodukte weniger vollmundig wahrgenommen werden?
-       Wie kann die mikrofluidische Herstellung von Tropfen und Kapseln im Gramm-Maßstab helfen, Hochdruckhomogenisationsprozesse für den Tonnen-Maßstab zu optimieren?
-       Welche Herausforderungen für das Einbringen von Öltropfen in eine wässrige Phase ergeben sich, wenn die kontinuierliche Phase im Falle von Fleischersatzprodukten hochviskos bis fest ist?

As we move toward a Net-Zero scenario, the electrification of chemical processes is gaining attention, and alternative approaches are being explored. One emerging direction is the application of plasmas for chemical and catalytic transformations. Three key features drive this interest:
Plasmas are highly reactive reactive and capable of activating stable molecules like CO2, nitrogen or water. They offer instant on/off operation, which matches the intermittent nature of renewable electricity. Plasma systems can be compact and potentially low-cost. In particular, microwave plasmas offer a unique opportunity to efficiently drive chemical reactions under non-equilibrium conditions, in compact devices.
This talk will present the rationale and recent developments in the use of microwave plasmas for processes such as such as CO₂ splitting, nitrogen fixation, and hydrogen peroxide production. They benefit from the plasma's ability to generate reactive species (radicals, ions, electronically excited states) that enable new reaction pathways. Present challenges and future research directions will also be discussed. The overarching aim is to build knowledge and capabilities that allow the development of a scalable and flexible plasma-based platform for Power-to-X technologies.

Wir freuen uns, Sie zur Abschlussfeier der Absolventinnen und Absolventen der Masterstudiengänge 2024/2025 der KIT-Fakultät für Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik am 20. Juni 2025 einzuladen! Dies ist ein besonderes Ereignis und eine großartige Gelegenheit, um die Arbeit und die Leistungen unserer Studierenden und Lehrenden zu feiern.

Die Entwicklung neuer Produkte und Prozesse in der Lebensmittelindustrie ist ein faszinierendes Zusammenspiel von Wissenschaft und Kreativität. Besonders spannend wird es, wenn wir uns die Lebensmittelextrusion ansehen – ein kontinuierliches Verfahren, das verschiedene Unit Operations in einem Verfahrensraum vereint. Prozessschritte wie Pulverdosierung, Mischen von Rohstoffen, Kneten, Aufschmelzen, Kochen und Formen sind entscheidend für die Performance der Endprodukte. Jeder Schritt wird stark von der Mechanik bzw. den Fließeigenschaften der Rohstoffe, der entstandenen Schmelze und des Endprodukts beeinflusst.
Die Mechanik von Lebensmitteln beschäftigt sich mit den physikalischen Eigenschaften und dem Verhalten von Lebensmitteln unter verschiedenen Kräften und Bedingungen. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Verarbeitung, Lagerung, Textur und letztlich die Akzeptanz der Produkte beim Verbraucher. Ein tiefes Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Lebensmitteln ist entscheidend für die Entwicklung und Optimierung von Verarbeitungsprozessen. Insgesamt ist die Mechanik von Lebensmitteln ein komplexes Feld, das eng mit der Lebensmitteltechnologie und -wissenschaft verknüpft ist und entscheidend dazu beiträgt, innovative und qualitativ hochwertige Lebensmittelprodukte zu entwickeln.
In diesem Vortrag wird der Fokus auf die Textur und Fließeigenschaften von Pulvern, Biopolymerschmelzen und Extrudaten gelegt: Vom Rohstoff über den Prozess bis zum fertigen Produkt. In den verschiedenen Schritten liegt der Fokus auf unterschiedlichen Kennwerten. Bei den Pulvern als Rohstoffe ist vor allem die Fließfähigkeit zum korrekten Dosieren von großer Wichtigkeit. Das Fließverhalten der Schmelzen bei unterschiedlichen Temperaturen und Polymerisierungsgraden spielen im Extrusionsprozess eine ebenso große Rolle die Glasübergangstemperaturen. Die Bipolymerschmelzen werden durch eine Düse bestimmter Geometrie und Temperatur gepresst. Hier sind die viskoelastischen Eigenschaften entscheidend, um Prozessparameter zu steuern (wie Druck und Drehmoment) und Strukturen zu erzeugen, die u.a. auf das Dehn- und Expansionsverhalten der Schmelze berühren. Die Textur eines Lebensmittels ist oft entscheidend für seine Akzeptanz beim Verbraucher.  Hierbei spielen Parameter wie Härte, Elastizität, Klebrigkeit und Knusprigkeit eine wichtige Rolle. In extrudierten Lebensmitteln spielt die Bruchmechanik eine wichtige Rolle, wie und warum Lebensmittel unter Belastung brechen. Dies ist besonders wichtig für knusprige und spröde Produkte wie Chips oder Kekse. Wichtige Faktoren sind hier die Bruchfestigkeit, also die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht, und die Bruchzähigkeit, die Fähigkeit eines Materials, Energie aufzunehmen und zu verteilen, bevor es bricht.