Power-to-X und »grüne« Plattformchemikalien

Methanol ist ein vielfältig nutzbares Power-to-X-Produkt, das mit hoher Selektivität durch direkte thermokatalytische Umsetzung von CO₂ mit Wasserstoff synthetisiert werden kann. Als wichtige Plattformchemikalie bildet Methanol einen Ausgangsstoff für viele bedeutende Produkte der chemischen Industrie sowie für den Transportsektor. Dazu zählen Olefine wie Ethen (Ethylen) und Propen (Propylen), aromatische Verbindungen und Polymerbausteine, aber auch synthetische Kraftstoffe (Benzin, Diesel, Kerosin).

Unsere Entwicklung: Thermokatalytische Methanolsynthese aus CO₂

Wir erforschen die thermokatalytische Methanolsynthese aus CO₂, um mithilfe stabiler Katalysatoren CO₂ aus industriellen Punktquellen (Abgase von Zementwerken, Bioraffinerien etc.) nutzen zu können. Im Gegensatz zu hochreinem CO₂ enthalten diese Abgase neben CO₂ je nach Ursprung verschiedene Spurenkomponenten, z. B. Sauerstoff, Ammoniak oder Schwefelverbindungen, welche die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer des Katalysators erheblich beeinträchtigen können. In unserer Forschung untersuchen wir den Einfluss solcher Katalysatorgifte und entwickeln Maßnahmen zum Schutz des wertvollen Katalysators.

Vorteile und Technologiereife

Die Synthese von Methanol ist ein großtechnisch etabliertes Verfahren (TRL 9). Das konventionelle Verfahren basiert auf Synthesegas als Ausgangsstoff, einem Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid (CO), welches aus fossilen Ressourcen (Kohle oder Erdgas) hergestellt wird.

Die direkte Synthese aus CO₂ und Wasserstoff befindet sich bereits am Beginn einer industriellen Anwendung. Der Vorteil der direkten Prozessroute besteht in der Vermeidung eines vorgeschalteten, technisch anspruchsvollen Prozesses zur Umsetzung von CO₂ zu CO.

Der Einfluss möglicher Katalysatorgifte in CO₂-Strömen aus industriellen Punktquellen ist derzeit noch unzureichend untersucht. Hier besteht Entwicklungsbedarf, um stabile und resiliente Katalysatoren für die CO₂-basierte Methanolsynthese bereitzustellen. Insbesondere sind Untersuchungen zur Upstream-Prozessintegration der Methanolsynthese mit verschiedenen technischen CO₂-Quellen wichtig, um die verschiedenen Abgase für einen stabilen und leistungsfähigen Prozess aufbereiten zu können.

Zusammenarbeit

Wir möchten unsere Forschung und Entwicklung zur Methanolsynthese mit Partnern aus der gesamten Wertschöpfungskette vorantreiben: Firmen, die CO₂ als Rohstoff aus einem industriellen Prozessgasstrom bereitstellen können, die an der Entwicklung oder Produktion geeigneter Katalysatoren arbeiten, die bereits in der Methanolherstellung aktiv sind, oder die Methanol für weitere Umsetzungen nutzen. Hierfür bieten wir unseren Partnern Infrastruktur vom Labor- bis in den Pilotmaßstab an, um eine integrierte Prozessentwicklung zu ermöglichen. 

Acrylsäure und ihre Derivate (z. B. Acrylnitril) sind wichtige chemische Verbindungen, die in der Kunststoffindustrie und der Herstellung von Beschichtungen, Klebstoffen und Textilien weit verbreitet zum Einsatz kommen. Diese Verbindungen werden konventionell aus fossilen Rohstoffen hergestellt und sind entsprechend mit einem großen ökologischen Fußabdruck belastet. Aus diesem Grund sucht die chemische Industrie nachhaltige Produktionsrouten, die die Bereitstellung von Acrylsäure und Acrylnitril aus nachwachsenden Rohstoffen ermöglichen.

Unsere Entwicklung: Prozesse zur Synthese aus nachwachsenden Rohstoffen

Wir arbeiten an innovativen Prozessen zur Synthese von Acrylnitril und Acrylsäure aus nachwachsenden Rohstoffen, wie etwa Glycerin. Dabei konzentrieren wir uns auf thermokatalytische Konversionsprozesse wie die Ammonoxidation und andere Oxidationsreaktionen. Unser Ansatz umfasst die Synthese und Testung geeigneter Katalysatoren sowie die Prozessentwicklung und Skalierung, um die Effizienz und Nachhaltigkeit zu verbessern.

Vorteile und Technologiereife: Drop-in-Ansatz für nahtlose Integration

Bedeutende Reaktionen wie die Ammonoxidation sind industriell etablierte Prozesse, die wir auf die Umsetzung nachwachsender Rohstoffe übertragen. Einem Drop-in-Ansatz folgend können die nachhaltig synthetisierten Produkte nahtlos in bestehende industrielle Prozesse integriert werden, die erforderliche Reinheit vorausgesetzt. Somit eröffnen wir neue Syntheserouten zu Acrylsäure und ihren Derivaten als wichtige Plattformchemikalien, die sowohl ökologisch als auch ökonomisch vorteilhaft sind.

Zusammenarbeit: Prozessentwicklung von Katalysator-Screening und -Synthese bis zur Prozessoptimierung und -skalierung

Unser Ziel ist es, die Syntheseprozesse von Acrylsäure und ihren Derivaten auf eine erneuerbare Rohstoffbasis zu stellen und damit die Rohstoffwende in der chemischen Industrie zu unterstützen. Dafür bieten wir eine umfassende Prozessentwicklung an, die alle Phasen umfasst: vom Screening in Laborreaktoren über die Synthese und Testung von Katalysatoren bis hin zur Prozessoptimierung und -skalierung bis in den Pilotmaßstab.

Publikation

Melcher, F.,Vogelgsang, F.,Haack, M.,Masri, M.,Ringel, M.,Roth, A.,Garbe, D., & Brück,T. (2023). Lipase-mediatedplantoilhydrolysis—Toward a quantitative glycerol recovery for the synthesis of pure allyl alcohol and acrylonitrile. European Journal of Lipid Science & Technology, 2200196.

https://doi.org/10.1002/ejlt.202200196