Reaktormembranen für hochwertige chemische Stoffe
Die in Erdgas, Kohle und Biomasse vorhandenen kurzkettigen Alkane mit bis zu vier Kohlenstoffatomen und CO2 könnten die langkettigen Kohlenwasserstoffe aus dem Erdöl als Rohstoff für andere chemische Stoffe ersetzen. Sie sind jedoch sehr stabile und nicht reagierende Moleküle, die nur schwer in hochwertige Produkte umzuwandeln sind. Wissenschaftler starteten das von der EU finanzierte Projekt CARENA (Catalytic membrane reactors based on new materials for C1-C4 valorization), um die Abhängigkeit der chemischen Industrie von Erdöl zu entschärfen. Die Partner entwickelte Membranen und Katalysatoren zur Umwandlung alternativer Rohstoffe in chemische Stoffe für energietechnische Anwendungen und Produkte wie etwa Lösungsmittel, Klebstoffe und Schutzbeschichtungen. CARENA konzentrierte sich auf die Aktivierung von drei Primärrohstoffen: Methan, Propan und CO2. Methan ist momentan der Industriestandard des Rohstoffs zur Erzeugung von Wasserstoff und Basischemikalien wie etwa Methanol und Ammoniak. Das Team folgte einer direkten Route zur Umwandlung von Methan in Methanol. In verschiedenen Größenordnungen wurden sauerstoffleitende Membranen flächig angewendet, um den Sauerstofffluss zu verifizieren, der ausschlaggebend für die Entwicklung eines Reaktors zur oxidativen Bindung von Methan ist. Üblicherweise wird Propan in zwei Schritten in Acrylsäure umgewandelt, wobei gereinigtes Propylen als Zwischenprodukt dient. CARENA entwickelte ein neuartiges Verfahren einschließlich oxidativer Dehydrierung von Propan und anschließender selektiver Oxidation von Propylen in einem Propan-/Propylengemisch für Acrylsäure. An den experimentellen Resultaten ließ sich ablesen, dass die thermische Umwandlung unter den Bedingungen der Propandehydrierung bei Einsatz von Palladiummembranen sehr wahrscheinlich ist. Die Forscher untersuchten die Verwendung von selektiven Membranen auf Basis metallorganischer Gerüstverbindungen, um die Verkokung bei hohen Temperaturen zu reduzieren. Das Team erforschte zwei Routen, welche die Wiederverwertung von CO2 in der chemischen Industrie stark verbessern könnten: die direkte Umwandlung von CO2 in Dimethylcarbonat sowie in Methanol. Der Einsatz von Membranreaktoren ist höchst notwendig, da beide Reaktionen stark durch den Gleichgewichtsumsatz eingeschränkt sind. Ein neuartiger Katalysator zur Beschleunigung der Umwandlung hat eine Betriebstemperatur, die sich mit der der neuen Membranen überschneidet. Die im Kontext des CARENA-Projekts entwickelte katalytische Membranreaktortechnologie wird der chemischen Industrie, die bisher auf Rohöl als Ausgangsstoff zur Synthetisierung zahlreicher Produkte angewiesen war, wesentliche Erleichterung verschaffen. Mit der Bewältigung der Herausforderung der Umwandlung kurzkettiger Kohlenwasserstoffe aus Erdgas und anderen Quellen in nützliche Vorprodukte wird letztlich eine unabhängige Chemikalienherstellung in der EU möglich werden.
Schlüsselbegriffe
Reaktormembranen, chemische Stoffe, Chemikalien, Rohmaterialien, Rohstoffe, Methan, Propan, CO2, CARENA
