Prof. Dr.-Ing. habil. Christof Hamel

Forschungsprojekte werden im Rahmen der Drittmitteleinwerbung auf dem Gebiet der Chemischen Verfahrenstechnik und der Lebensmittelprozesstechnik bearbeitet.

 

Schwerpunkte der Forschung

  1. Ermittlung von erforderlichen physikalisch-chemischen Parametern für die Auslegung verfahrenstechnischer Prozesse. Dazu gehören thermodynamische Daten, Reaktionsgeschwindigkeiten und Transportkoeffizienten in Ein- sowie Mehrphasensystemen.
  2. Untersucht wird weiterhin die gezielte Kopplung mehrerer Grundoperationen mit dem Ziel die Effizienz etablierter Prozesse zu verbessern. Neben der Integration von chemischen Reaktionen mit Stofftrennprozessen wird auch die Möglichkeit der Kopplung mehrerer Trennprozesse zur Gewinnung hochreiner Produkte wie Präbiotika betrachtet. Orientiert wird sowohl auf die Umsatzsteigerung bei reversiblen Reaktionen als auch auf die Verbesserung der Selektivität in Netzwerken aus Parallel- und Folgereaktionen.
  3. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung von Membrantrennprozessen sowie kontinuierlichen chromatographischen Trennprozessen (SMB) zur Reinigung und Isolierung wertvoller Produkte in der Lebensmittel-, Biotechnologie und in der pharmazeutischen Industrie. Ziel ist es, einen Beitrag zur quantitativen Auslegung und Optimierung von Trennprozessen unter Verwendung geeigneter stationärer und mobiler Phasen zu leisten.

 

Einen weiteren Überblick gibt das Forschungsportal Sachsen-Anhalt

Projekte der Forschergruppe/Arbeitsgruppe Lebensmittelverfahrens- und -Prozesstechnik

Ausgewählte laufende Forschungsprojekte

Fortsetzungsprojekt: Kontrolle und Intensivierung von Reaktionen durch Einsatz zyklisch betriebener Distributoren

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 01.08.202021 bis 31.07.2022

Projektbearbeiter: Andreas Brune

Die heterogene Katalyse besitzt in der chemischen Industrie, in der Umwelttechnik und bei der Entwicklung neuer, selektiver Synthesewege ein erhebliches Potential. Entwicklungsaktivitäten zielen auf Katalysatoren mit optimierter Selektivität und Ausbeute aber insbesondere auf die Intensivierung der Prozesse und somit auf die Einsparung von Energie und Rohstoffen.

Vor diesem Hintergrund ist das Ziel des Projekts, eine Ausbeutesteigerung bei der Synthese gewünschter Olefine, die u.a. zur Kunststoffproduktion eingesetzt werden, durch verteilte Reaktandendosierung mittels Membranen (Distributor) herbeizuführen. In einem zyklisch betriebenen Distributor soll hierzu die oxidative Dehydrierung (ODH) und die thermische Dehydrierung (TDH) am industriell relevanten Modellsystem Propan, bei Vorliegen einer stofflichen und energetischen Kopplung, in einem integrierten Reaktor für maximale Synergieeffekte (autothermer Betrieb) untersucht und bewertet werden. Dieses Konzept soll den gesamten Reaktor/Katalysator auch bei der thermischen Dehydrierung im Vergleich zu bestehenden Konzepten permanent, d.h. ohne Schlupf oder separate Regenerationsphasen, nutzen können. Hierzu ist ein optimal gesteuerter transmembraner Sauerstoffstrom, der sich temporär dem Stand des Katalysatorzustands/Aktiviät anpasst zu ermitteln, wobei die Kontrolle der Temperatur und der Geschwindigkeit im Apparat durch verteilte Dosierung effizient gestaltet werden kann. Modellgestützte Untersuchungen (1D und 2D) sollen dabei helfen, optimale Dosierprofile bzw. Anforderungen an die Membran (Kompatibilität von Reaktion und Membran), zu identifizieren.

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Strategisches Innovationsprojekt - Modulare Forschungs- und Demonstrationsanlage für innovative Membran(Trenn-)technik zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Projektpartner: Prof. Dr. Damian Pieloth, Prof. Dr. Steffen Sommer, Prof. Dr. Stefan Wollny

Finanzierung: Bund 01.02.2021 bis 31.10.2021

Projektbearbeiter: Katrin Hofmann, Eike Runne

Im Rahmen der Förderung von strategischen Investitionen zur Stärkung und Weiterentwicklung der Forschungsbasis an Fachhochschulen (FH-Invest 2020) soll eine modulare Forschungs- und Demonstrationsanlage für innovative Membran(Trenn-)technik zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse entwickelt und Inbetrieb genommen werden. Die Anlage ist durch Module für Trennung- und Dosierstrategien in der Flüssigphase und Gasphase, insbesondere eine membranbasierte, selektive CO2-Abtrennung, inkl. Mediensupport bzw. -konditionierung, online Analytik, Automatisierung und Digitalisierung charakterisiert.

Modul Flüssigphase für Mikro-/Ultra-/organophile Nanofiltrationsmembranen mit keramischen/polymeren Modulen als Plates, Tubes, Multi-Channels, Spiralwickelmodulen, Durchflussreaktor

Modul Gasphase für keramische Membranen als Tubes, Multi-Tubes für Reaktion, CO2-Abtrennung, Adsorbertechnologie

Scale-up vom Labor in den Pilotmaßstab wird realisiert

Vollautomatisierung, Digitalisierung nach Industrie 4.0

Kombination mit heterogen/ biokatalys. Reaktionen, Ultraschall Zukünftige Erweiterungen sind modular vorgesehen zur Etablierung gesamtwirtschaftlicher Verwertungsprozesse (Kreislaufwirtschaft)

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Forschungsvorhaben: Kopplung von enzymatischer Synthese, Produktabtrennung und Recycling zur Prozessintensivierung der Herstellung von Präbiotika (KeSPaR) Förderlinie „IngenieurNachwuchs – Kooperative Promotion“ - FKZ: 13FH574IX6

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Hochschulinterner Partner: Prof. Dr. Thomas Kleinschmidt

Verbundpartner: Durchführung „Kooperative Promotion“ Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Industriepartner: Milchwerke "Mittelelbe" GmbH Stendal, BIA Separations Slovenia, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) Hermsdorf

Finanzierung: Bund 01.09.2018 bis 31.08.2021

Projektbearbeiter: Ines Müller, Ines Pottratz, Katrin Hofmann

 

Nach erfolgreicher Durchführung des Projekts „Wissenschaftliche Profilierung und Etablierung industrieller Prozesstechnik: Diskontinuierliche, kontinuierliche chromatographische Trennung und Reaktionskinetik am Beispiel Galactooligosaccharide (GOS)“ in den letzten dreieinhalb Jahren im Rahmen des BMBF-Förderprogramms „FHProfUnt“ konnte nun aufbauend mit der Förderlinie „IngenieurNachwuchs – Kooperative Promotion“ ein aufbauendes Projekt akquiriert und die Forschungsarbeit somit nachhaltig fortgeführt werden

Im Projekt soll der Schwerpunkt und die Profilbildung der Lebensmitteltechnologie an der Hochschule Anhalt durch Etablierung einer Forschungsnachwuchsgruppe weiter ausgebaut und der wissenschaftliche Nachwuchs durch Mentoring und Promotion gefördert werden. In Kooperation mit den Industriepartnern Milchwerke „Mittelelbe“ GmbH, der BIA Separations GmbH, dem Fraunhofer IKTS sowie der Universität Magdeburg, an der ein kooperatives Promotionsverfahren durchgeführt wird, soll ein Verfahren zur Synthese von Präbiotika am Beispiel der Galactooligosaccharide (GOS) mittels experimenteller und modellbasierter Forschungsarbeit durch Wissens- und Technologietransfer der Partner für den preisgünstigen Rohstoff Molkenpermeat entwickelt, realisiert und optimiert werden.

Für Molkenpermeat existiert gegenwärtig keine nachhaltige Wertschöpfung. Demgegenüber besteht eine Marktnachfrage nach lactose- und glucosefreien Präbiotika für eine gesunde Ernährung. Aufgrund weniger Kooperationen bzw. Wissens-/ Technologietransfer zwischen angewandter Forschung und Industrie sowie fehlender Fokussierung auf diese Thematik in einer Forschergruppe, konnte bisher noch kein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung lactose- und glucosefreier Präbiotika realisiert und etabliert werden. Hier setzt das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Forschungsvorhaben konkret an.

Das Ziel ist die experimentelle und modellbasierte Untersuchung zweier Verfahrensstrategien zur Gewinnung und Aufreinigung von GOS aus Molkenpermeat inklusive Prozessintensivierung durch Kopplung von Synthese, Produktabtrennung und Recycling. Hierzu werden zwei Strategien verfolgt: a) diskontinuierlicher, enzymatischer Prozess mit nachfolgender Trennung des Produkts von Lactose mittels Nanofiltration inklusive Recycling, b) kontinuierlicher Porendurchflussreaktor mit immobilisierten Enzym sowie anschließender SMB-Trennung inklusive Recycling.

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Forschungs- und Technologietransfer für das Leben im digitalen Zeitalter, Teilvorhaben 7: Transfer durch Branchenkopplung im Web -FoodProcessEngineering 4.0

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel, Prof. Dr. Thomas Kleinschmidt

Finanzierung: Bund 01.01.2018 bis 31.12.2022

Projektbearbeiter: Ines Pottratz, Christin Fischer, Reik Feisthauer

 

Ausgangspunkt ist die Forderung der Partner in der Lebensmittelbranche, ein definiertes Produkt mit jederzeit konstanten Eigenschaften und konstanter Qualität herstellen zu können, obwohl die Eigenschaften und die Qualität der landwirtschaftlichen Rohstoffe schwanken. Ziele des Teilvorhabens sind daher

  • Vernetzung der Rohstoffproduzenten und der Lebensmittelhersteller über die Schaffung einer gemeinsam zu entwickelnden disruptiven Technologie, die beiden Branchen Nutzen bringt
  • interdisziplinäre Gesamtprozesserneuerung durch Einsatz von Industrie 4.0 - Technologien von der Rohstoffherstellung und der Rohstoffaufbereitung über die Synthese bis zum Produkt
  • Vernetzung aller Komponenten der Produktionskette in Echtzeit über eine Cloud
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Sonderforschungsbereich Transregio 63 - Integrierte chemische Prozesse in flüssigen Mehrphasensystemen Teilprojekt A3: Kinetik der reduktiven Aminierung und der Hydroaminomethylierung in reaktiven Mehrphasensystemen

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel, Prof. Dr. habil. Andreas Seidel-Morgenstern

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 01.01.2018 bis 31.12.2021

Projektbearbeiter: Sabine Kirschtowski, Martin Gerlach

 

Im Mittelpunkt des Teilprojekts stehen experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Mechanismus und der Kinetik der reduktiven Aminierung von langkettigen Aldehyden sowie der Hydroaminomethylierung als komplexe Tandemreaktion. Ziel ist es, die Reaktionsnetzwerke und katalytischen Zyklen systematisch aufzuklären, kinetische Modelle abzuleiten und zu reduzieren, sowie die Modellparameter durch Perturbationsversuche und Parameterreduktionstechniken zu ermitteln. Es wird die Grundlage für die Auslegung von Reaktoren und Prozessen geschaffen. Darüber hinaus werden die Katalysatordeaktivierung betrachtet und allgemeine Regeln zur Bewertung von Tandemreaktionen (Mehrtopf- vs. Eintopfsynthese) erarbeitet.

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Kontrolle und Intensivierung von Reaktionen durch Einsatz zyklisch betriebener Distributoren

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 01.02.2018 bis 31.01.2021

Projektbearbeiter: Andreas Brune

 

Die heterogene Katalyse besitzt in der chemischen Industrie, in der Umwelttechnik und bei der Entwicklung neuer, selektiver Synthesewege ein erhebliches Potential. Entwicklungsaktivitäten zielen auf Katalysatoren mit optimierter Selektivität und Ausbeute aber insbesondere auf die Intensivierung der Prozesse und somit auf die Einsparung von Energie und Rohstoffen.

Vor diesem Hintergrund ist das Ziel des Projekts, eine Ausbeutesteigerung bei der Synthese gewünschter Olefine, die u.a. zur Kunststoffproduktion eingesetzt werden, durch verteilte Reaktandendosierung mittels Membranen (Distributor) herbeizuführen. In einem zyklisch betriebenen Distributor soll hierzu die oxidative Dehydrierung (ODH) und die thermische Dehydrierung (TDH) am industriell relevanten Modellsystem Propan, bei Vorliegen einer stofflichen und energetischen Kopplung, in einem integrierten Reaktor für maximale Synergieeffekte (autothermer Betrieb) untersucht und bewertet werden. Dieses Konzept soll den gesamten Reaktor/Katalysator auch bei der thermischen Dehydrierung im Vergleich zu bestehenden Konzepten permanent, d.h. ohne Schlupf oder separate Regenerationsphasen, nutzen können. Hierzu ist ein optimal gesteuerter transmembraner Sauerstoffstrom, der sich temporär dem Stand des Katalysatorzustands/Aktiviät anpasst zu ermitteln, wobei die Kontrolle der Temperatur und der Geschwindigkeit im Apparat durch verteilte Dosierung effizient gestaltet werden kann. Modellgestützte Untersuchungen (1D und 2D) sollen dabei helfen, optimale Dosierprofile bzw. Anforderungen an die Membran (Kompatibilität von Reaktion und Membran), zu identifizieren.

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Ausgewählte abgeschlossene Forschungsprojekte

Wissenschaftliche Profilierung und Etablierung industrieller Prozesstechnik: Reaktionskinetik und kontinuierliche chromatographische Trennung am Beispiel Galactooligosaccharide

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Projektbearbeiter: Ines Müller, Christin Fischer, Ines Pottratz

Finanzierung: Bund, 01.10.2014 bis 31.12.2017

 

Das wachsende Gesundheitsbewusstsein moderner Konsumenten hat eine stetig steigende Nachfrage nach funktionellen Lebensmitteln und Lebensmittelzusätzen wie den Prebiotika zur Folge. Galactooligosacchariden (GOS) werden hierbei besonders positive ernährungsphysiologische Eigenschaften zugeschrieben, so fördern sie u.a. selektiv das Wachstum nützlicher Darmbakterien, verbessern die Calciumresorption und reduzieren toxische Verbindungen. Vor diesem Hintergrund existiert ein starkes industrielles Interesse des Einsatzes von GOS als Nahrungsmittelzusatzstoff in Form eines Prebiotikas. Letzteres stellt jedoch ein Problem bei einer in der Bevölkerung zunehmenden Lactoseintoleranz dar, da GOS mit Hilfe des Enzyms ß-Galactosidase aus Lactose hergestellt wird. Die Synthese läuft nur unvollständig ab, so dass im Produkt neben den Monosacchariden Galactose und Glucose auch noch das Substrat Lactose vorliegt, das unbedingt abgetrennt werden muss. Um die GOS-Synthese modellgestützt durch optimale Steuerung der Einflussgrößen, z.B. selektiven Produktabzug/-umsetzung, zu beeinflussen, fehlen oft auch geeignete Modelle bzw. Parameter, die im Projekt ermittelt werden sollen. Gegenwärtig besteht demzufolge eine deutliche Marktnachfrage bezüglich lactose- und glucosefreien GOS. Trotzdem existiert bisher noch kein industrielles Verfahren zu dessen Herstellung. Somit ist das Gesamtziel die Untersuchung, Modellierung, Optimierung und Bewertung des Herstellungsprozesses von reinem GOS, aus dem preisgünstigen Rohstoff Lactose und sekundär Molkenpermeat mit den Milchwerken Mittelelbe. Den Schwerpunkt des Projekts bildet die Entwicklung eines leicht up-skalierbaren kontinuierlichen chromatographischen Trennprozesses zur Isolierung der GOS durch Kooperation der Hochschule Anhalt, der Universität Magdeburg und der Industrie.

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Kontrolle und Intensivierung von Reaktionen durch Einsatz zyklisch betriebener Distributoren Prozessintensivierung und -lenkung mittels zyklisch betriebener Membran-Distributoren

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 01.10.2016 bis 31.12.2017

Projekt im Rahmen der Projektakademie Ingenieurwissenschaften der DFG

Projektbearbeiter: Ines Müller, Frank Engelmann

 

Förderprogramm der DFG zur Vorbereitung der Antragstellung von Drittmittelprojekten an Fachhochschulen durch Aufbauseminare und finanzielle Unterstützung von Vorversuchen sowie einer Vertretung in Lehre und Forschung.

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SFB-Transregio 63 Teilprojekt "Integrierte chemische Prozesse in flüssigen Mehrphasensystemen", TP A3 "Mechanistische und kinetische Untersuchungen zur Isomerisierung, Hydroformylierung und Hydroesterifizierung petro- und oleochemischer Edukte"

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel, Prof. Dr. habil. Andreas Seidel-Morgenstern

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ; 01.01.2014 bis 31.12.2017

Projektbearbeiter: Martin Gerlach, Andreas Jörke

 

Der Mechanismus und die Kinetik der Hydroformylierung bzw. Hydroesterifizierung von petro- und oleochemischen Verbindungen mit end- sowie innenständiger Doppelbindung in temperaturgesteuerten Lösungsmittelsystemen werden experimentell und theoretisch unter besonderer Berücksichtigung des Lösungsmitteleinflusses und von Nebenreaktionen (Isomerisierung, Hydrierung) untersucht. Ziel ist es, die Reaktionsnetzwerke und katalytischen Zyklen aufzuklären, kinetische Modelle abzuleiten und zu reduzieren sowie Modellparameter für die modellgestützte Analyse und Optimierung zu ermitteln.

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Profilierung und Etablierung Prozesstechnik zur Herstellung und Aufreinigung von Präbiotika

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel

Projektbearbeiter: Ines Pottratz

Finanzierung: Land (Sachsen-Anhalt, 01.04.2015 bis 30.09.2017

 

Gegenwärtig besteht eine deutliche Marktnachfrage bezüglich lactose- und glucosefreier Präbiotika aufgrund einer zunehmenden Lactoseintoleranz in der Bevölkerung. Demgegenüber existiert bisher noch kein industrielles Verfahren im technischen Maßstab zu deren Herstellung. Hauptgrund hierfür ist ein in der Forschung unzureichendes Wissen zur Generierung lactosefreier Präparate. Folglich sind Grundlagenuntersuchungen der Kinetik zur Synthese von Präbiotika und insbesondere deren kontinuierliche Aufreinigung nötig, die experimentelle- und modellbasierte Studien bedürfen.

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Integrated new process for propene production

Projektleiter: Prof. Dr. habil. Christof Hamel, Prof. Dr. habil. Andreas Seidel-Morgenstern

Projektbearbeiter: L. Alvarado Perea, Dr. T. Wolff

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 01.01.2015 bis 31.12.2016

 

This project aims to support the continuation of a successful cooperation between the Chair for Chemical Process Engineering at OvGU (Prof. Seidel-Morgenstern), the MPI in Magdeburg (Dr. Wolff) with Dr.-Ing Leo Alvarado Perea and Prof. Hamel (University of Applied Sciences Anhalt in Köthen, OvGU).

Propene, together with ethene, is one of the central building blocks in the petrochemical industry. However, the industry evolved around steam cracking technology has been designed to maximize ethene production, and propene comes along only as by-product. On the other hand, in the last years the market of propene has experienced an increasing in its demand due to its consumption mainly in polypropene and propene oxide manufacture . Therefore, traditional sources based on steam cracking technology are not sufficient to face this increasing demand.

The production of propene has been relegated as by-product in the ethene production. Thus, propene production is strongly influenced by the feed conditions, whereby the utilization of lighter feedstocks from low-cost natural shale gas reduces considerably the propene production in steam cracker units. Therefore, this raises the question how the chemical industry will address this imbalance and ensure adequate propene supplies into the future . Consequently, to meet the increasing demand for the propene production, on-purpose technologies will be of great interest. In this sense, several strategies have been proposed for propene production; the dehydrogenation of propane , the catalytic cracking of C4 alkenes to propene , the metathesis of ethene and 2-butene and the direct conversion of ethene to propene. The mentioned processes have several drawbacks that make difficult an industrial application e. g. deactivation of the catalysts, a wide spectrum of reaction products that reduce the propene selectivity.

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SINO-GERMAN COOPERATION GROUP - Inorganic membranes: Advanced technology for clean energy and clear environment

Teilprojektleiter: Hamel, Christof; Prof. Dr. habil.

Projektbearbeiter: Kaidi Gao

Finanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), 01.01.2013 bis 31.12.2016

 

Both in China and Germany, membrane technology has become a fast growing dignified separation technology since it works without the addition of chemicals, with a relatively low energy use and well-established process conductions. In the developed industrial countries, membrane technology covers increasingly areas like life sciences, health, chemicals, pharmaceuticals, biotechnology, food and drinking water, desalination, sewage treatment, oil and gas, mineral extraction, power generation, and electronics. The first Sino-German Symposium on Novel Inorganic Membranes with Nano Design (GZ589) and the second Sino-German Symposium on Inorganic Membrane for Clean Energy and Clear Environment (GZ771), which were sponsored by the Sino-German Center for Science Promotion, were held 2010 in Guangzhou, and 2012 in Hannover. It was demonstrated by Workshops I and II, that membrane technology can especially contribute to two of mankind’s most urgent problems: Clean Energy and Clear Environment. As a result of Workshops I and II we identified the overlaps in the Chinese and German R&D work in 3 types of novel inorganic membranes: (1) Novel hydrogen transporting membranes (HTM) based on molecular sieves, ceramics or metals; (2) new oxygen transporting membranes (OTM) based on mixed oxygen conductors and dual phase materials; and (3) next generation of molecular sieve membranes (MSM) as zeolite and metal organic framework membranes. Further, the proper application of these new membranes requires progress in the engineering of membrane technology. After these two workshops, several Chinese-German research projects have been started (see scheme on following page). Within these projects breakthrough knowledge in the development and application of a new generation of inorganic membranes will be developed. The Cooperation Group is based on these projects and follows 4 aims to unify and coordinate the bilateral Chinese-German membrane research: a) Molecular understanding of  inorganic membranes, b) Membrane and reaction engineering, c) Erection of a 3-step membrane reactor cascade for CO2 processing and hydrogen production in Guangzhou, d) Erection of a 2-step membrane reformer for hydrogen production in Hannover.

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