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Guerbet-Butanol

Projekt

Ethanol zu Butanol (c) Thünen-Institut
Ethanol zu Butanol (© Thünen-Institut)

Herstellung von Butanol aus Bioethanol mittels heterogenen Katalysatoren

Bioethanol ist eine mögliche zukünftige Plattformchemikalie. Es kann katalytisch zu wichtigen Industriechemikalien (Ethylen, 1,3-Butadien, n-Butanol) umgesetzt werden. Wir untersuchen die Herstellung von n-Butanol mittels der Guerbet-Reaktion.

Hintergrund und Zielsetzung

Ethanol, besser bekannt als Trinkalkohol, wird fermentativ im wichtigsten und größten biotechnologischen Prozess der Welt aus Kohlenhydraten (Stärke, Zucker) hergestellt. Allein in den letzten 8 Jahren stieg die weltweite Produktion von Ethanol von 24 auf 85 Millionen Tonnen pro Jahr (Mio t/a). Der Motor dieses Wachstums ist die Verwendung von Ethanol als Kraftstoffzusatz. Bei Ethanol handelt es sich auch um eine potentielle Plattformchemikalie. Es kann somit auch stofflich genutzt werden, indem es in kommerziellen Prozessen an heterogenen Katalysatoren zum Beispiel zu Ethylen und Ethylacetat umgesetzt wird. Unter anderem ist n-Butanol mittels der Guerbet-Reaktion aus Ethanol zugänglich. Dabei reagiert Ethanol an einem heterogenen Katalysator bei erhöhten Temperaturen (200-450°C) in der Flüssig- oder Gasphase zu n-Butanol. Mit mehr als 3 Mio. t/a zählt n-Butanol zu den wichtigsten Commodities. Es wird zurzeit aus Propylen großtechnisch hergestellt und findet hauptsächlich direkt oder indirekt, in Form von Ethern oder Estern, Verwendung als Lösungsmittel. 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 wollen wir in dem laufenden Projekt einen Prozess zur Herstellung von n-Butanol aus Ethanol, basierend auf der Guerbet-Reaktion, entwickeln. Diese komplexe Reaktion ist noch wenig erforscht und es besteht noch erheblicher Forschungsbedarf bei der Entwicklung eines Prozesses.

Vorgehensweise

Im Projekt verwenden wir als Reaktionssysteme einen Batch- und einen kontinuierlichen Gasphasenreaktor. Zunächst sollen geeignete Reaktionsbedingungen für die Guerbet-Reaktion in der Gas- und Flüssigphase definiert werden. Dann wollen wir verschiedene Katalysatorsysteme in einem Screening auf ihren Ethanol-Umsatz und ihre n-Butanol-Selektivität untersuchen. Zusätzlich wollen wir die Katalysatorpräparation optimieren, sowie mechanistische Untersuchungen und Langzeitstabilitätstest mit ausgewählten Katalysatoren durchführen. Parallel zu diesen Arbeiten wollen wir auch Methoden für die Katalysator-Charakterisierung etablieren, um mögliche Katalysatorstruktur-Wirkungsbeziehungen zu ermitteln.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Zeitraum

2.2015 - 7.2018

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektfördernummer: 22014614
Förderprogramm: FNR
Projektstatus: läuft

Geldgeber:

  • Südzucker AG (Mannheim, Deutschland)
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