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22.01.2015

Aromatische Kohlenwasserstoffe ohne Erdöl herstellen


Wie kann die Rohstoffversorgung mit organischen Grundchemikalien auch im Zeitalter nach dem Erdöl sichergestellt werden? Speziell die Versorgung mit sogenannten Aromaten steht bisher noch im Fokus wissenschaftlicher Forschungen. Mit dieser Fragestellung befassen sich Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT seit mehreren Jahren intensiv. Eine Antwort darauf haben die Forscher kürzlich gefunden: Ein neu entdecktes Verfahren nutzt flüssige Salze zur Gewinnung von aromatischen Verbindungen aus den eingesetzten Materialien, wie beispielsweise Holz oder Altkunststoffen. Damit kann eine Wende für eine gesamte Substanzklasse eingeleitet werden, um auch in Zukunft nicht auf Alltägliches wie Plastikflaschen und Aspirin verzichten zu müssen.

Aromatische Kohlenwasserstoffe werden heutzutage hauptsächlich in der Petrochemie erzeugt. Diese fallen dort im Steamcracker oder Kat-Cracker bei der Herstellung von Ethylen an und enthalten typischerweise die Verbindungen Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol. Bekannt ist dieses Gemisch auch als BTEX oder Aromatenschnitt. Ausgehend von diesen Substanzen wird durch verschiedenste chemische Reaktionen dann ein ganzes Spektrum an Verbindungen bereitgestellt, woraus Medikamente, Kunststoffe, Farben und viele andere Produkte unseres alltäglichen Lebens hergestellt werden.

Vor dem Hintergrund immer knapper werdender fossiler Ressourcen, immer schwerer zugänglicherer Quellen und immer minderer Rohstoffqualitäten ist der Forschungsbedarf entsprechend groß. Vor allem interessant sind sogenannte drop-in-Lösungen, bei denen neue Rohstoffe in bestehenden Produktionsanlagen zu bereits am Markt erhältlichen, identischen Endprodukten verarbeitet werden können. Dies beschleunigt den Markteintritt des neuen Produktes und reduziert Investitionen auf ein Minimum.

Die hergestellten Gemische des am Fraunhofer ICT neu entwickelten Verfahrens enthalten viele aromatische Verbindungen, was eine chemische Analyse ergab: "Es handelt sich zu größten Teilen um Benzol, Toluol, Ethylbenzol und para-Xylol, aber auch Styrol und Naphthalin sind im Produktgemisch in wesentlichen Anteilen enthalten.", berichtet Jochen Forstner, der Leiter des Projektes. Als gasförmige Nebenprodukte wurden Wasserstoff, Alkene und Alkane gefunden, denen ebenfalls eine große wirtschaftliche Bedeutung zugeschrieben wird. Diese sind gleichermaßen Ausgangsstoffe für weitere chemische Produkte, wie z. B. Kunststoffe und Medikamente, deren Nachfrage ständig ansteigt. Mit dem neuen Fraunhofer-ICT-Verfahren lassen sich viele Herausforderungen knapper und teurer werdender Rohstoffe meistern, denen sich die chemische Industrie in den kommenden Jahren verstärkt stellen muss.

Hintergrundinformation

Grundlage der Forschungsarbeiten sind spezielle Mischungen von flüssigen Salzen, in denen sich die Cracking-Reaktionen durchführen lassen. Dazu werden die Ausgangsverbindungen in das flüssige Salz eingetragen, und die Umsetzung in die Produkte bei Temperaturen um 400°C katalysiert. Durch die Reaktion im flüssigen Salz entsteht ein heißer Dampf, der außerhalb des Reaktors wieder gekühlt wird. Dadurch kondensieren die aromatischen Verbindungen. Teilweise schreibt man diese verblüffenden Reaktionen katalytischen Effekten zu, aber auch thermische Zersetzung hat vermutlich ihren Anteil daran. Da es sich um noch sehr neuartige Forschungsergebnisse handelt, konnten bisher noch nicht alle Fragestellungen geklärt werden, berichten die Entdecker.

Vor allem eignet sich diese Entdeckung, um die chemische Nutzung nachwachsender Rohstoffe aber auch die Nutzung von Altkunststoffen weiter voran zu treiben. Die Forschung am Fraunhofer ICT läuft auf Hochtouren.

Das Institut arbeitet seit über 10 Jahren intensiv an der nachhaltigen und ressourceneffizienten Herstellung von chemischen Produkten. So wird beispielsweise aktuell ebenfalls untersucht, wie man aus Abfällen aus der Holzindustrie hochwertige Produkte herstellen und kontaminierte Altlasten dadurch entsorgen kann. Daneben laufen einige Forschungsprojekte, um nachwachsende Rohstoffe so zu modifizieren, um sie direkt zu Kunststoffen umsetzen und zu Produkten verarbeiten zu können oder auch biobasierte Bausteine für Polyethylen und Polypropylen herzustellen.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT)




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