Herstellung kurzkettiger Olefine aus Synthesegasen

Ethylen und Propylen, die einfachsten ungesättigten Kohlenwasserstoffe, sind die meistproduzierten Grundchemikalien und werden u.a. als Basischemikalien für wichtige Folgeprodukte wie Polyethylen, Ethylenoxid, Styrol oder α-Olefinen eingesetzt. Erst kürzlich konnte ein neuer Katalysator für die Umwandlung von Synthesegas zu leichten C2-C4 Olefinen gefunden werden.1 Dieser bifunktionelle Katalysator setzt sich aus einer partiell reduzierten ZnCrOx Spezies und einem sauren Zeolithen zusammen und ermöglicht die selektive Bildung der leichten Olefine. Allerdings sind sowohl die Wirkweise als auch die genaue Zusammensetzung des Katalysators nicht verstanden und machen eine intensive Untersuchung dieser Faktoren notwendig. Die Etablierung eines katalytischen Prozesses macht Ethylen und Propylen mittels energieeffizienter und nachhaltiger Technologien aus Synthesegas, welches unter Anwendung erneuerbarer Energieformen hergestellt werden kann, zugänglich. Durch diese Grundlagenforschung können folglich neue Wertschöpfungsketten und damit einhergehend neue Wirtschaftspotenziale etabliert werden, welche insbesondere an das durch RWE koordinierte Teilprojekt anknüpfen.

Aufgabe

Ausgehend von dem Literatur-beschriebenen System1 sollen daher zunächst Untersuchungen zur Funktionsweise des Katalysators angestellt werden. Anschließend sollen, basierend auf dem ursprünglich beschriebenen System, Veränderungen einiger Parameter und einhergehende strukturelle und funktionelle Veränderungen bei der Katalyse ermittelt werden. Die Testung der Katalysatoren erfolgt zunächst im Festbett, wobei eine Weiterentwicklung hin zu strukturierten Katalysatoren angedacht ist. Aus den Testergebnissen und den Daten aus der Materialcharakterisierung sollen sich wichtige Struktur-Wirkungsbeziehungen ableiten, die unmittelbar in die Materialsynthese zurückfließen und zur Optimierung des Katalysators beitragen. Im Anschluss soll eine Testung ausgewählter Katalysatoren im industriell relevanten Prototypenmaßstab erfolgen. Die Arbeiten sollen in enger Kooperation mit Fraunhofer UMSICHT, sowie der RWE AG erfolgen.

[1] F.Jiao, J.Li, X.Pan, J.Xiao, H.Li, H.Ma, M.Wei, Y.Pan, Z.Zhou, M.Li, S.Miao, J.Li, Y.Zhu, D.Xiao, T.He, J.Yang, F.Qi, Q.Fu, Science, 2016, 351,6277