Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Herstellung von Butanol aus Bioethanol mittels heterogenen Katalysatoren (Guerbet-Butanol)

Anschrift
Johann Heinrich von Thünen-Institut Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei - Institut für Agrartechnologie
38116 Braunschweig
Bundesallee 50
Kontakt
Dr. Ulf Prüße
Tel: +49 531 596-4270
E-Mail: ulf.pruesse@thuenen.de
FKZ
22014614
Anfang
01.02.2015
Ende
31.07.2018
Aufgabenbeschreibung
Ethanol wird fermentativ im wichtigsten und größten biotechnologischen Prozess der Welt aus Kohlenhydraten (85 Mio t/a; 2013) hergestellt. Es handelt sich bei Ethanol außerdem um eine potentielle Plattformchemikalie, die zurzeit in kommerziellen Prozessen an heterogenen Katalysatoren zu Chemikalien (z.B. Ethylen) umgesetzt wird. Auch n-Butanol (3 Mio t/a) ist katalytisch mittels der Guerbet-Reaktion aus Ethanol zugänglich. Aufgrund schwindender fossiler Ressourcen und der zusätzlichen Verknappung von Propylen durch exzessives Schiefergas-Fracking in den USA, werden alternative Herstellungsmethoden für n-Butanol immer wichtiger. Daher soll in dem beantragten Projekt ein Prozess zur Herstellung von n-Butanol aus Ethanol, basierend auf der Guerbet-Reaktion, entwickelt werden. Im Projekt sollen als Reaktionssysteme ein Batch- und ein kontinuierlicher Gasphasenreaktor gekoppelt mit einem Online-GC verwendet werden. Nach Inbetriebnahme der Reaktoren und Etablierung der Analytik sollen mit Literaturkatalysatoren Standardreaktionsbedingungen festgelegt werden. Anschließend soll ein umfangreiches Katalysator-Screening durchgeführt werden. Basierend auf den erzielten Ergebnissen sollen dann einige Katalysatorsysteme für intensivere Untersuchungen ausgewählt werden, um ein besseres Verständnis über die Guerbet-Reaktion und den möglichen Einflussgrößen bei der Katalysatorpräparation zu gewinnen. Parallel zu diesen Arbeiten sollen auch Methoden für die Katalysatorcharakterisierung etabliert werden, um mögliche Katalysatorstruktur-Wirkungsbeziehungen zu ermitteln. Die Arbeit umfasst folgende Arbeitspakete: 1. Substrat- und Produktanalytik; 2. Reaktorsysteme und Reaktionsführung; 3. Reaktionsbedingungen; 4. Katalysatorscreening; 5. Katalysatorcharakterisierung; 6. Optimierung der Katalysatorpräparation ; 7. Kinetische und mechanistische Studien ; 8. Langzeitstabilität
Ergebnisdarstellung
Es konnte gezeigt werden, dass mittels der hergestellten Metallträgerkatalysatoren auf Magnesiumoxid-Basis eine gute Butanolselektivität für die Reaktion erreicht werden kann. Der Einsatz in einem kontinuierlichen Prozess im Labormaßstab wurde erfolgreich erprobt. Zu den Präsentationen auf Fachkonferenzen und Veröffentlichungen können die gewonnen Ergebnisse als Basis für weiterführende Untersuchungen dienen. Zur Identifizierung und Quantifizierung aller relevanten Reaktionspartner wurden sowohl eine Offline-als auch eine Online-Analytik konzipiert. Neben der Identifizierung von Substanzen mittels GC-MS wurden GC-WLD-, GC-FID- und HPLC-DAD-Systeme nach Entwicklung der Messmethoden zur Quantifizierung der Substanzen eingesetzt. Im Zuge der Optimierung des Prozesses wurden im Festbettreaktor Reaktionstemperaturen bis 350 °C und Drücke > 100 bar untersucht und somit das potentielle Prozessfenster erweitert. Die Palette der untersuchten Katalysatorsysteme wurde erweitert. Dazu gehörten neben oxidischen Vollkatalysatoren auch verschiedene Mono- und Bimetallträgerkatalysatoren. Es konnten Katalysatoren mit sehr hoher Selektivität (> 70 %) identifiziert werden. Hierzu zählen 1%Pd/MgO(400), 9%Ni/1%Cu/MgO(400), 9%Pt/1%Cu/MgO(400), 0,5%Pd/0,5%Ni/MgO(400) und 0,5%Pd/0,5%Co/MgO(400). Sämtliche Katalysatoren wurden auf texturelle sowie acide bzw. basische Eigenschaften analysiert und mit den katalytischen Ergebnissen in der Reaktion verglichen. Dennoch konnten mit diesen Methoden keine schlüssigen Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet werden. Hier bedarf es weitreichenderer Untersuchungen. Die incipient wetness-Herstellungsmethode für Katalysatoren wurde etabliert und für die Herstellung größerer Katalysatorchargen von bis zu 100 g optimiert. Daneben wurde eine Methode zur Vergrößerung der Trägerpartikel mittels Pressen, Mahlen und Sieben entwickelt, um Anlagen und Analytik vor Schäden durch Katalysatoraustrag zu schützen. Die Langzeitstabilität der Katalysatoren ist gut.

neue Suche

 
Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe
Förderprogramm "Nachwachsende Rohstoffe"
Leitfaden Förderung
Leitfaden für das Einreichen von Skizzen und Anträgen im Rahmen des BMEL-Förderprogramms Nachwachsende Rohstoffe
 
Förderportal des Bundes
easy-Online
Formularschrank des BMEL
 
Wettbewerb Bioenergie-Kommunen 2019
 
Basisdaten Nachwachsende Rohstoffe
 
 
Präsentation zum BioConceptCar
 

NawaRo für Kinder

Bauer Hubert
 
Die nachwachsende Produktwelt
 
Diese Internetseite verwendet Cookies, um die Nutzererfahrung zu verbessern und den Benutzern bestimmte Dienste und Funktionen bereitzustellen. Details
Cookies erlauben