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Ressourcenschonung

Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen

| Redakteur: Beate Christmann

Eine neuartige Prozesskette soll die Synthese der Basis-Chemikalie Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen oder Nebenproduktströmen ermöglichen.
Eine neuartige Prozesskette soll die Synthese der Basis-Chemikalie Methanol aus nachwachsenden Rohstoffen oder Nebenproduktströmen ermöglichen. (Bild: TVT/TU Kaiserslautern)

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Um den Verbrauch von Kohlenstoff bei der Herstellung chemischer Produkte künftig zu reduzieren, sucht der Forschungsverbund Opti-Me-O-H nach einer neuartigen Prozesskette für die Synthese der Basis-Chemikalie Methanol. Biomasse soll genutzt werden, um einen Teil des Rohstoffbedarfs zu decken. Das Projekt wird mit 1,4 Mio. Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Verfahren zur Schonung fossiler Ressourcen werden in zahlreichen Industriezweigen seit geraumer Zeit anvisiert. So gibt es im Zuge der Energiewende für die Erzeugung von Strom und Wärme bereits zahlreiche kohlenstofffreie Alternativen. Die chemische Industrie allerdings wird für die Herstellung ihrer Produkte auch künftig noch auf Kohlenstoff angewiesen sein. Deswegen forscht ein Verbund bestehend aus der DVGW-Forschungsstelle (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches), der Universität Stuttgart und der TU Kaiserslautern sowie drei Industriepartnern und unter der wissenschaftlichen Leitung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) daran, den in Biomasse enthaltenen Kohlenstoff und das in der industriellen Produktion als Nebenprodukt anfallende Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle nutzbar zu machen. Nachwachsende Rohstoffe sollen künftig Grundbausteine für die chemische Industrie liefern, um den Verbrauch fossiler Ressourcen zu reduzieren.

Das angestrebte Ziel der Forschungsgruppe Opti-Me-O-H („Optimierte Prozesskette zur ressourceneffizienten Methanolsynthese) ist die Entwicklung einer neuartigen Prozesskette für die Synthese der Basis-Chemikalie Methanol. Bei dieser soll auf fossile Rohstoffe entweder ganz verzichtet werden oder aber Kohlendioxid aus fossilen Quellen nochmals Verwendung finden, welches ansonsten in der Industrie als ungenutztes Nebenprodukt anfällt. Vorzugsweise sollen dafür organische Reststoffe aus Industrie und kommunaler Entsorgung verwendet werden. „Die Kohlenstoffausnutzung und Ressourceneffizienz werden dadurch deutlich verbessert“, erklärt Dr. Siegfried Bajohr, der am Engler-Bunte-Institut (EBI) des KIT das Arbeitsgebiet katalytisch-chemische Verfahren der Brennstoffwandlung leitet.

Methanol ist ein wichtiges Ausgangsmaterial für die chemische Industrie. Der aus einem Kohlenstoff-, einem Sauerstoff- und vier Wasserstoffatomen bestehende Chemierohstoff ist vielseitig einsetzbar, zum Beispiel für die Produktion von Ameisen- und Essigsäure, Formaldehyd sowie von Lacken und Farben. 2015 umfasste der weltweite Bedarf an Methanol zirka 65 Mio. t.

Förderung durch das BMBF

Das bis Ende 2019 laufende Projekt, mit dessen Hilfe das Methanol fossiler Herkunft teilweise durch erneuerbares Methanol ersetzt werden soll, erhält rund 1,4 Mio. Euro aus der Fördermaßnahme „CO2-Plus – Stoffliche Nutzung von CO2 zur Verbreiterung der Rohstoffbasis“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Zusammen mit rund 300.000 Euro, die die beteiligten Industriepartner zur Verfügung stellen, beträgt das Gesamtbudget für das Forschungsvorhaben rund 1,7 Mio. Euro.

Im Fokus der theoretischen und experimentellen Untersuchungen stehen unter anderem die energiesparende Biogaserzeugung durch Druckfermentation (die Vergärung von Biomasse unter hohem Druck von 30 bar und mehr), ein neuartiges Reaktorkonzept zur Methanolsynthese und ein innovatives Verfahren zur Aufbereitung von Industriegasen durch die chemische Gaswäsche mit ionischen Fluiden.

„Eine unserer Hauptaufgaben ist es, zu untersuchen, wieviel Treibhausgas durch verfahrenstechnische Verbesserungen eingespart werden kann“, sagt Chemieingenieurin Nike Trudel vom KIT. Die neue Prozesskette wird unter wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten mit etablierten Prozessen verglichen und bewertet. In einer Machbarkeitsstudie soll die Einbindung der Technologie in zwei unterschiedliche Industriestandorte – einen großen Industriepark und eine dezentral gelegene Anlage – beurteilt werden. „Der Prozess wird ganzheitlich bilanziert, sein Wirkungsgrad und seine Ökobilanz werden mit den Methanol-Herstellungsprozessen basierend auf Kohle, Erdöl oder Erdgas verglichen“, so Bajohr.

Interdisziplinäre Expertise

Die Projektgruppe Opti-Me-O-H besteht je zur Hälfte aus Forschungsinstituten und Industriepartnern. Beteiligt sind das KIT mit dem EBI und die dort angesiedelte DVGW-Forschungsstelle, die Universität Stuttgart (Abteilung ganzheitliche Bilanzierung am Lehrstuhl für Bauphysik) und die TU Kaiserslautern (Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik). Von industrieller Seite bringt das Unternehmen Infraserv, das den Industriepark Höchst in Frankfurt am Main betreibt, seine Expertise ebenso ein wie das auf Anlagenbau spezialisierte Duisburger Unternehmen Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe und das Starnberger Planungs- und Projektbüro Keep It Green, das sich mit der Einspeisung regenerativ erzeugter Gase in das öffentliche Versorgungsnetz und mit neuen Technologien zur Verbesserung der Kohlenstoffausnutzung bei der Umwandlung von Biomasse befasst.

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