Methanol aus Kohlendioxid erzeugen
Eine vielversprechende Lösung für das Problem der globalen Erwärmung könnte darin bestehen, aus der Luft extrahiertes CO2 zu nutzen oder dessen Emission auf direkte Weise einzudämmen, indem CO2 in der industriellen Chemie als Rohstoff verwendet wird. Bestimmte, in Prozessen dieser Art eingesetzte Reaktanten würden jedoch noch mehr CO2 freisetzen, als man in das Endprodukt aufnehmen könnte. Das von der EU finanzierte Projekt ECO2CO2 (Eco-friendly biorefinery fine chemicals from CO2 photo-catalytic reduction) zielte auf die Umwandlung von CO2 für die Synthese von Methanol ab. Schlüssel dazu war ein photoelektrochemischer Reaktor, der für die Nutzung von Wasser und Sonnenlicht konzipiert wurde, um einen Wirkungsgrad von 6 % zu erreichen. Anwendungsbereich waren Feinchemikalien, wie sie in Duft-, Aroma- und Klebstoffen verwendet werden. Das Projekt startete mit der Auswahl verschiedener angezielter Feinchemikalien gemäß den Anforderungen der Partner. Als das Konzept im Lauf des Projekts weiterentwickelt wurde, änderten die Partner die Finanzhilfevereinbarung ab. Das Team untersuchte im Folgenden zwei Routen der Methanolherstellung: (1) direkte Methanolsynthese und (2) indirekte Synthese, indem eine Elektrokatalyse für die CO2- und H2O-Reduktion zu CO und H2 (Synthesegas) entwickelt wurde, die mit traditionellen Verfahren in Methanol umgewandelt werden können. Die Forscher untersuchten die katalytischen Reaktoren mit Sorgfalt auf die wettbewerbsfähige Herstellung von wertvollen Feinchemikalien unter Anwendung von Methanol als Reaktant (d. h. Methyl-2-Furoat, Harze aus Lignin) hin und entwarfen verschiedene Reaktorsysteme. Die kleineren produzierten 1 bis 10 Gramm pro Stunde (g/h), während die größeren 10 bis 100 g/h Methyl-2-Furoat bzw. Klebstoffbestandteile (d. h. Teilersatzstoffe von Phenol) ergaben. Die Stufe erreichte 15 % des ursprünglichen Produktivitätsziels. Nachfolgend beschäftigte sich das Team mit der Vorbehandlung, Aufbereitung und Charakterisierung von Ligninproben. Sie führten Säurewaschungen durch, um den Kohlenhydratgehalt des Lignins zu senken. Die Forscher untersuchten außerdem verschiedene Methoden zur Zurückgewinnung von Ligninabbauprodukten. Die Hauptbestandteile wurden für weitere Experimente ausgewählt. Die höchste erzielte Umwandlungsrate bei der Ligninmethylierung betrug 43 %. Das Resultat deutet darauf hin, dass der Prozess skaliert werden kann, um 100 g/h zu erreichen. In eine vielversprechende Richtung für weitere Untersuchungen wiesen die Modellierungsdaten. Bestes bislang erreichtes Ergebnis war 4,8 % Sonnenlicht-Synthesegas-Gesamtwirkungsgrad (mit einem ziemlich stabilen CO/H2-Verhältnis von ungefähr 3). Die ECO2CO2-Syntheseverfahren erwiesen sich für die Massenproduktion als geeignet. Die Forscher griffen bei der Fertigung des Prototyps, der für die erwarteten 1000 Stunden betrieben werden konnte, auf diese Methoden zurück. Weitere Arbeiten waren die Entwicklung von Verwertungs- und Wirtschaftsplänen. Im Rahmen des Projekts wurden überdies zahlreiche Schulungsverstaltungen durchgeführt. Die Resultate von ECO2CO2 versprechen neue Wege zum industriellen Einsatz von CO2 zur Herstellung von Methanol oder anderen Brennstoffen (d. h. Synthesegas) - zwei wichtigen und vielseitigen chemischen Stoffen. Auf diese Weise können die Prozesse zu einer Verringerung der Treibhausgasemissionen der europäischen Industrie führen.
Schlüsselbegriffe
Methanol, Kohlendioxid, ECO2CO2, Bioraffinerie, Feinchemie, photokatalytische Systeme, Solarkraftstoffe
