Chemical Looping für die Rohstoffwende

Die Chemiker Prof. Dr. Reinhard Schomäcker, Dr. Vinzenz Fleischer und Samira Parishan wurden am 9. November mit dem Innovationspreis der Deutschen Gaswirtschaft geehrt. Sie erhalten die Auszeichnung für ihre Forschung über die oxidative Kupplung von Methan mithilfe eines Chemical-Looping-Prozesses, die im Rahmen des Exzellenzclusters UniCat entstanden ist. Mit dem Preis, der von der Arbeitsgemeinschaft für den sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch (ASUE) vergeben wird, werden ihre Arbeiten und Ideen gewürdigt, die erdgasbasierte Verfahren effizienter machen können und so zu einem besonders sorgsamen Umgang mit natürlichen Ressourcen führen.

Die ASUE lobt seit 1980 in Kooperation mit den Verbänden der Gaswirtschaft und Partnern den Preis der Deutschen Gaswirtschaft für Innovation und Klimaschutz aus.

Rohstoffe aus Erdgas

Erdgas besteht bis zu 98% aus Methan, das relativ reaktionsträge und billig ist. Die oxidative Kupplung von Methan (OCM) ist eine Möglichkeit für die Synthese von kostbaren Kohlenwasserstoffen, wie zum Beispiel Ethylen, welches bisher fast ausschließlich aus dem immer knapper werdenden Erdöl gewonnen wird. „Die oxidative Kupplung von Methan unterliegt vielen Nebenreaktionen, so dass eine industrielle Anwendung zurzeit noch nicht attraktiv ist“, sagt Professor Schomäcker.

In konventionellen Reaktoren kommt es durch die gleichzeitige Einspeisung von Methan und Sauerstoff bei hohen Temperaturen zu starker Wärmeentwicklung und vermehrter Bildung von unerwünschten Verbrennungsprodukten.

Hier setzt die Idee von Dr. Vinzenz Fleischer an, der in der UniCat-Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Reinhard Schomäcker am TU-Institut für Chemie seine Doktorarbeit geschrieben hat und heute bei Evonik Industries AG tätig ist.

Chemical Looping

Im Chemical Looping-Prozess werden beide Reaktionspartner zeitlich oder räumlich getrennt voneinander dem Reaktor zugeführt.

„Mit Hilfe dieser Betriebsart können deutlich höhere Ethylen-Ausbeuten erzielt werden als mit anderen Betriebsweisen von Festbettreaktoren“, sagt Samira Parishan. Sie treibt als aktuelle Doktorandin in der Gruppe von Professor Schomäcker das Projekt weiter voran.

Im ersten Schritt wird der Katalysator mit Luft oxidiert und der Restsauerstoff mit Hilfe eines Spülgases entfernt. Im zweiten Schritt wird Methan über den oxidierten Katalysator geleitet, so dass die Kupplung nahezu ohne Nebenreaktionen stattfindet.

Die Forschung der drei Preisträger ist entstanden im Rahmen des Exzellenzclusters „Unifying Concepts in Catalysis“ (UniCat).

UniCat ist ein im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder gegründeter interdisziplinärer Forschungsverbund, dessen zentrales Thema die Katalyse ist. UniCat wird von vier Universitäten und zwei Max-Planck-Instituten in Berlin und Potsdam getragen. Etwa 50 Arbeitsgruppen arbeiten gemeinsam und fächerübergreifend an zukunftsrelevanten Forschungsthemen für den Rohstoffwandel und die Energiewende: Von der chemischen Umwandlung von Methan zu Ethylen, der chemischen und biologischen Aktivierung von Kohlendioxid über die katalytische Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser mit Sonnenlicht als Energiequelle bis hin zur Synthese von Wirkstoffen mit Hilfe von künstlichen Enzymen. Sprecherhochschule ist die Technische Universität Berlin. UniCat wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft mit Mitteln aus der Exzellenzinitiative seit 2007 gefördert.