Prof. Dr.-Ing. Herbert Vogel
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30.11.2005

Die Reaktionsführung in überkritischen Fluiden für die stoffliche Nutzung von Biomasse wurde untersucht. Dabei lag der Schwerpunkt auf dem Einsatz von Zuckern und Polyolen, die mittels überkritischem Wasser dehydratisiert wurden. Der Reaktionsverlauf und die Kinetik wurden durch Variation der Prozessparameter Temperatur, Druck, Konzentration der Reaktanten und von reaktionsbeschleunigenden Zusätzen verfolgt. Schwerpunkte waren die Dehydratisierung von Fructose zu 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in Aceton/Wasser-Mischung, Methanol bzw. Essigsäure unter überkritischen Bedingungen. Des Weiteren wurde die Umsetzung von Zuckerbausteinen in heißem Hochdruckwasser mit und ohne Zusätze untersucht sowie der Einsatz von Isomaltulose als alternatives Edukt. Schließlich wurden auch Polyole in überkritischem Wasser dehydratisiert, wie Glycerol und meso-Erythritol. Durch die Verwendung von heißem Hochdruckaceton bzw. Methanol konnte eine sehr effiziente Synthesemethode für HMF aus Fructose erarbeitet werden. Für HMF aus Fructose wurden die Herstellkosten zu 2.000-3.000 EUR/t HMF abgeschätzt. Weiterhin konnte im Vorhaben eine effektive Verwendung für das bei der Biodieselherstellung anfallenden Glycerol gezeigt werden. Durch selektive Dehydratisierung zu Acrolein in SCW mit Salzzusatz ist so der Einstieg in die bisher aus Erdöl erhaltenen Zwischenprodukte möglich. Das dezentral anfallende Glycerol (im Idealfall ohne weitere Aufarbeitung) könnte in großen zentralen Anlagen gesammelt werden und dort sehr einfach zu Acrolein dehydratisiert werden. Für Acrolein aus Glycerol wurden die Herstellkosten zu 700-1.000 EUR/t Acrolein abgeschätzt. Auf Grund der experimentellen Ergebnisse ist das Potenzial der Reaktionsführung in überkritischen Fluiden zur stofflichen Nutzung von Biomasse als sehr hoch zu bewerten.

Das Konzept dieses FuE-Projektes ist es, das Potenzial der Chemie in überkritischen Fluiden, bevorzugt Wasser, für die stoffliche Nutzung von Biomasse aus Landwirtschaft, Lebensmittelindustrie und Recyclingindustrie einzusetzen. Gedacht ist an die stoffliche Umwandlung von pflanzlichen und tierischen Rohstoffen in organische Zwischenprodukte. Durch anwendungsorientierte Grundlagenforschung sollen die erforderlichen chemischen, kinetischen und thermodynamischen Grundlagen sowie Katalysatoren entwickelt werden, um das Anwendungspotenzial eruieren zu können. Die Vorgehensweise dabei ist: 1) Untersuchungen an Modellsystemen aus dem Bereich der niedermolekularen Kohlenhydrate. 2) Untersuchungen an realen Systemen aus dem Bereich der nieder- und höhermolekularen Kohlenhydrate. Die Ergebnisse an den Modellsubstanzen sollen in einer Machbarkeitsstudie dokumentiert und den interessierten Firmen zur Verfügung gestellt werden. In sich anschließenden Projekten sollen die grundlagenorientierten Anwendungen in die technische Praxis überführt werden.