Olefinkonversion zur Gewinnung von Kraftstoffen – Katalysatorentwicklung und Reaktionsumsetzung

Grünland macht in Deutschland etwa ein Drittel der landwirtschaftlich genutzten Fläche aus und prägt damit zu einem maßgeblichen Teil unsere Kulturlandschaft. Neben der Verwendung von Grüngut als Futtermittel gewinnt auch die Nutzung dieser Flächen zum Anbau nachwachsender Rohstoffe immer mehr an Bedeutung. Mit der Hof-Bioraffinerie soll in einem Gemeinschaftsprojekt des Wissenschaftszentrums Straubing eine Anlage entwickelt werden, die speziell Gras und Grassilage als Rohstoffe nutzbar macht. In einer modularen und dezentralen Kleinanlage sollen aus der Biomasse durch fermentative Aufschluss- und Umwandlungsverfahren gasförmige Olefine, wie Ethen oder Isopren, gewonnen werden. Diese sollen dann wiederum als Ausgangsstoffe für weitere wertvolle Produkte, wie beispielsweise Kraftstoffe, genutzt werden. Dies ist das wesentliche Unterscheidungsmerkmal der Hof-Bioraffinerie zur Biogasanlage, deren Produkt Methan so weitgehend inert ist, sodass es sich nicht für eine weitere chemische Verwertung eignet.

Zielsetzung

Ziel dieses Teilprojektes ist die katalytische Umsetzung des biotechnologisch gewonnenen Ethens zu flüssigen Energieträgern. Als Gas kann es im vorhergehenden Produktionsschritt leicht abgetrennt werden und soll dann zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffen mit etwa 6-18 Kohlenstoffatomen oligomerisiert werden. Je nach Kettenlänge und Verzweigungsgrad kann das Produkt als Diesel oder Benzin eingesetzt werden, langkettigere Moleküle sind auf Grund des zu hohen Siedepunkts aber nicht mehr für diese Kraftstoffe geeignet.

Verfahren

Dazu soll ein kostengünstiger Katalysator entwickelt werden, der unter möglichst milden Bedingungen arbeitet und eine hohe Stabilität gegenüber Verunreinigungen aufweist. Ebenfalls angestrebt werden ein möglichst wartungsfreier Betrieb der Anlage und eine hohe katalytische Produktivität, um lange Produktionszyklen zu gewährleisten. Die eingesetzten Katalysatoren sollen sich an großtechnischen Verfahren wie dem Shell Higher Olefin Prozess orientieren, dabei aber an die milderen Bedingungen und den kleineren Maßstab der Hof-Bioraffinerie angepasst werden.

Im Fokus stehen metallorganische Nickel-Komplexe mit zweizähnigen P,O- oder N,O-Chelatliganden. Die Eigenschaften des Katalysators werden durch deren Größe, Struktur und Substitutionsmuster wesentlich beeinflusst. Vor allem der Grad der Oligomerisierung ist eine entscheidende Kenngröße, da sowohl zu kurz- als auch zu langkettige Moleküle für den Einsatz als Kraftstoff ungeeignet sind. Hier spielen auch die eingesetzten Coliganden, vor allem verschiedene Phosphine, eine bedeutende Rolle.

Zu Beginn werden die Katalysatoren in homogener Lösung eingesetzt und die Produkte destillativ abgetrennt. Im weiteren Verlauf des Projektes soll außerdem ein Reaktorprototyp entwickelt und der Prozess durch Aufbringen des Katalysators auf ein inertes Trägermaterial heterogenisiert werden.

Projektleitung

Prof. Dr. Herbert Riepl (Koordination)
T +49 9421 187-302
herbert.riepl [at]hswt.de Mail

Projektbearbeitung

Felix Hiller

Projektdauer

02.09.2013 - 31.08.2016

Projektträger

Projektförderung