Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

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Projektbeschreibung

FÖRDERKENNZEICHEN: 22028311 01.07.2012 bis 30.06.2015
Hochwertige stoffliche Nutzung von Bioethanol - Herstellung höherer Alkohole und daraus abgeleiteter Ester auf Basis nachwachsender Rohstoffe sowie Untersuchung von deren Anwendungen
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT)
Osterfelder Str. 3
46047 Oberhausen
Dr.-Ing. Andreas Menne
Tel: +49 208 8598-1172
E-Mail: andreas.menne@umsicht.fraunhofer.de

Aufgabenbeschreibung:
Mit dem Projekt soll die nachhaltige und wirtschaftliche Herstellung von Estern der Bernstein- und Citronensäure zusammen mit biobasierten Alkoholen mit 3 bis 10 C-Atomen, insbesondere auch deren verzweigten Isomeren untersucht sowie deren Einsatz im wichtigen Marktsegment der Weichmacher für Kunststoffe aufgezeigt werden. Die höheren Alkohole werden mit einem speziellen Prozess aus den kurzkettigen Alkoholen Methanol und Ethanol gewonnen, sodass die entstehenden Ester vollständig biobasiert hergestellt werden können. Diese Ester sollen auch in Mustermengen hergestellt und deren Anwendung als Weichmacher in Polymeren untersucht werden. Der erste Schritt der im Rahmen des Projekts untersuchten Prozesskette ist die Verwendung von biobasierten C1- und C2-Bausteinen (Methanol und Ethanol) zur Herstellung von längerkettigen, zum Teil verzweigten Alkoholen und Aldehyden. Nach einer Stofftrennung und ggf. einem Aufarbeitungsschritt soll untersucht werden wie die höheren Alkohole mit fermentativ gewonnenen organischen Säuren zu vollständig biobasierten Estern umgesetzt werden können. Für die überwiegend experimentellen Arbeiten können bestehende Versuchsanlagen, inklusive vorhandener Analytik, in verschiedenen Maßstäben genutzt werden. Die Anwendungstests zur Nutzung der entstehenden Ester als Weichmacher erfolgen in Kooperation mit Industriepartner.

Ergebnisdarstellung:
Im Projekt wurde die gesamte Prozesskette von der Herstellung höherer Alkohole aus Ethanol bis hin zum Einsatz der daraus hergestellten Ester als Weichmacher demonstriert. Die Synthese höherer Alkohole konnte mit hervorragenden Selektivitäten in einem Temperaturbereich zwischen 360 °C und 380 °C bis zu 20 bar demonstriert werden. Der Katalysator ist robust gegenüber Wasser, langzeitstabil und einfach regenerierbar. Für die Herstellung insbesondere höherer Alkohole mit mehr als vier C-Atomen ist die Rückführung von Butanol oder dessen Einsatz als Feedstock sinnvoll. Das bei der Reaktion entstehende Wasser sollte vorher abgetrennt werden. Prinzipiell kann das Gemisch mittels Rektifikation in Wasser, Butanol und ein Gemisch höherer Alkohole aufgetrennt werden. Vor der Synthese von Estern ist eine Hydrierung empfehlenswert, um so Nebenprodukte wie Aldehyde oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe zu entfernen. Diese führen während der Veresterung zu einer sehr starken Dunkelfärbung des Produktes. Neben der Veresterung mit Bernsteinsäure wurden die Alkoholgemische auch mit Zitronensäure, Apfelsäure und Itaconsäure verestert. Hierbei wurde festgestellt, dass die Succinat-basierten Weichmacher mit längerkettigen Alkoholen zur Kristallisation neigen und als Weichmacher daher nicht geeignet sind. Gute Verträglichkeiten bzw. ausreichende Effizienzen sind mit eher kurzkettigen Succinat-basierten Weichmachern erzielbar. Die Migration der Weichmacher ist aufgrund der geringen Molmasse oder der Unverträglichkeit als kritisch zu betrachten. Oligomere Bernsteinsäure-basierte Ester mit eher kurzkettigen Monoolen und Polyolen sind daher hinsichtlich des Nutzens der Bernsteinsäure als Weichmacherbestandteil ein kommendes Entwicklungsziel. Neben der Verwendung der Alkohole für die Weichmacher wurden auch Versuche zur Herstellung von Alkylpolyglycosiden (APGs, Tenside für Reinigungsmittel) durchgeführt. Hierbei können auch Alkoholgemische eingesetzt werden.

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