In Kürze
CO₂MET ebnet den Weg zu grünem Methanol, indem diese Basischemikalie effizient aus CO₂ und Wasserstoff hergestellt wird. Das Projekt nutzt einen innovativen Ruthenium-basierten Katalysator, der bei niedrigen Prozesstemperaturen arbeitet. Dadurch wird die Methanolsynthese nachhaltiger, ressourcenschonender und für die chemische Industrie sowie alternative Kraftstoffe besonders interessant.
Woran wir arbeiten
Motivation
Methanol ist eine bedeutende Plattformchemikalie und ein wichtiger zukünftiger Energieträger. Die Möglichkeit, Methanol aus dem Treibhausgas CO₂ zu synthetisieren, macht es zu einer zentralen Komponente im Streben nach Kohlenstoffneutralität und im Kampf gegen den Klimawandel. Die Synthese von Methanol aus CO₂ und grünem Wasserstoff ist jedoch mit konventionellen Katalysatoren aufgrund der erforderlichen Reaktionstemperaturen limitiert.
Innovationsansatz
Im Projekt CO₂MET soll eine neue Klasse immobilisierter homogener Katalysatoren entwickelt werden, welche das Potenzial haben, durch Katalyse bei niedrigeren Temperaturen die Synthese von Methanol aus CO₂ und H₂ zu optimieren. Auf Grund der Thermodynamik der Reaktion können bei niedrigeren Prozesstemperaturen höhere Umsätze erzielt werden. Um den Einsatz als Feststoffkatalysator zu ermöglichen, soll der Katalysator in ionischen Flüssigkeiten gelöst und auf porösen Trägerstrukturen immobilisiert werden. Die Optimierung der Trägertextur erlaubt eine effiziente und langzeitstabile Prozessführung in kontinuierlichen Gasphasenanlagen.
Umsetzung und Mehrwert
In CO₂MET soll der herkömmliche, auch für die graue Methanolsynthese eingesetzte Katalysator durch Rutheniumkomplexe, welche bereits unter 180 °C aktiv sind, ersetzt werden. Aufgrund der thermodynamisch günstigeren Bedingungen kann dadurch mit einem verdoppelten Umsatz gerechnet werden. Der homogene Katalysator soll in einem so genannten SILP-System (engl. supported ionic liquid phase) immobilisiert werden und kann so als normaler Feststoffkatalysator in kontinuierlichen Gasphasenprozessen eingesetzt werden. Durch die Verwendung optimierter Trägerstrukturen soll die Langzeitstabilität des Katalysators gewährleistet werden. In einer kontinuierlich zu betreibenden Miniplant Anlage soll die Machbarkeit des neuen, disruptiven Verfahrens gezeigt werden. Die so erhaltenen Daten dienen in einer Prozesssimulation zur Skalierung und zur techno-ökonomischen sowie Lebenszyklus Analyse. Gesteigerte Umwelt- und Nachhaltigkeitsvorschriften machen das neue CO₂MET-Verfahren in diesem Kontext besonders interessant, da eine Bindung von klimaschädlichem CO₂ in Methanol erfolgt und der Energiebedarf des chemischen Umsetzungsprozesses durch Niedertemperaturkatalysatoren potenziell verringert wird.
CO₂MET in Zahlen
Partner
Erfolgreiche Forschung lebt von Zusammenarbeit. Entdecken Sie die Partner, die das Projekt aktiv begleiten und voranbringen.
Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) bringt mit den beiden Lehrstühlen für Chemische Reaktionstechnik (CRT) und Thermische Verfahrenstechnik (TVT) Expertise in der Herstellung und Testung von Katalysatoren sowie deren detaillierter Strukturuntersuchung ein. Die SILP-Technologie wurde maßgelblich am CRT in den letzten 20 Jahren entwickelt und in kontinuierlichen Laboranlagen demonstriert. Der TVT ist führend im Bereich Adsorption und strukturelle Charakterisierung nanoporöser Materialien. Das Phasen- und Benetzungsverhalten von Fluiden in Poren und an der Adsorbensgrenzfläche wird mittels etablierter und neu entwickelter Methoden untersucht, um Informationen über die Oberflächen- und Porenstruktur der Materialien zu gewinnen. Am Lehrstuhl für Power-to-X-Technologien (PTX) wird an Methoden zur Herstellung wichtiger Grundchemikalien aus nachhaltigen Rohstoffen wie Wasser und Stickstoff aus der Luft, aber auch aus CO₂ aus der Atmosphäre oder aus Rauchgasen geforscht.
Der Lehrstuhl für Translationale Molekulare Katalyse an der RWTH Aachen University (RWTH) fokussiert sich auf die Entwicklung maßgeschneiderter neuer molekularer Katalysatoren und Reaktionskonzepte für die Umsetzung von CO₂, Biomasse und Abfallstoffen. In der Nutzung von CO₂ konnte bereits der Zugang zu Methanol, Ameisensäure und der FormaldehydOxidationsstufe demonstriert werden. Im Projekt untersucht die RWTH die Wechselwirkungen zwischen molekularem Katalysator und ionischer Flüssigkeit. Außerdem werden dort Löslichkeit und Stabilität des Katalysators in Gegenwart des porösen Trägermaterials optimiert.
Die JMU ist eine forschungsstarke Universität mit ausgeprägtem Schwerpunkt auf die Naturwissenschaften, darunter die Entwicklung neuer Materialien. Im Projekt entwickelt die JMU poröse Silicapartikel als Trägermaterial für die ionischen Flüssigkeiten. Durch sprühgetrocknete, pelletierbare Partikel sollen großporige Trägermaterialen hergestellt werden.
Die IoLiTec Ionic Liquids Technologies GmbH (IOL), gegründet 2003, ist ein Spezialchemieunternehmen. IOL beschäftigt sich mit der Herstellung, dem Vertrieb und der Beratung zu Hochleistungschemikalien und Feinchemieprodukten. Der Fokus liegt hierbei, neben der Nanomaterialiensynthese, Lohnproduktion und -Abfüllung sowie Fluorspezialitäten, auf der Entwicklung von ionischen Flüssigkeiten und darauf basierten Technologien. Aktuell umfasst die IOL-Produktpalette rund 350 ionische Flüssigkeiten und 2000 Kundensynthesen. Auch für das Projekt sollen neue ionische Flüssigkeiten konzipiert, synthetisiert und getestet werden.
Die Evonik OXENO GmbH & Co. KG (OXENO) besitzt eine Kernkompetenz in der industriellen Hydroformylierung von Olefinen zur Herstellung von Oxoprodukten wie z. B. Alkoholen, die in Form ihrer Ester u.a. als Weichmacher in organischen Polymeren im großen Maßstab eingesetzt werden. Dieses Know-How ist weltweit durch eine Vielzahl an Patenten abgesichert. Die Aufgabe der OXENO im Projekt ist die Entwicklung eines Gesamtprozessmodells sowie die daraus resultierende techno-ökonomische Bewertung mittels Life-Cycle-Analyse.
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