Die homogene Übergangsmetall-Katalyse hat durch ihre hohe Selektivität und Effizienz zunehmende Bedeutung für die Produktion von Bulk- und Feinchemikalien erreicht. Voraussetzung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetall-Katalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in getrennten flüssigen Phasen befinden, auch im industriellen Einsatz bewährt. Ihre Anwendung erfordert allerdings eine ausreichende Löslichkeit der Edukte in der den Katalysator enthaltenden Phase. Eine universellere Anwendbarkeit soll in diesem Forschungsprojekt erzielt werden durch Methoden, die die Reaktion zunächst in einer gemeinsamen Phase und dann durch Temperatur-Absenkung die Trennung von Produkt und Katalysator ermöglichen. Aus der Literatur ist die 'Thermoregulierte Phasentransferkatalyse' bekannt, bei der die starke Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines Katalysators mit speziellen Liganden genutzt wird. Durch eigene Vorarbeiten bestehen Erfahrungen mit Lösungsmittelsystemen, die sich durch Temperaturänderung in zwei Phasen trennen lassen. Ziel ist die Kombination dieser Methoden, um sowohl eine hohe Reaktivität als auch eine gute Abtrennung des Katalysators durch Optimierung der Liganden und des Lösungsmittelsystems zu erreichen. Als Reaktionen sind zunächst Hydroformylierungen, Oligomerisierungen, Hydrierungen und Hydrosilylierungen mit Petrochemikalien sowie mit Fettstoffen als Beispiele für nachwachsende Rohstoffe geplant.
Die Abscheidung von Kohlendioxid (Carbon Capture) wird für viele energieintensive und schwer dekarbonisierbare Prozesse wesentlich sein, um zukünftige CO2-Ziele einhalten zu können. Es gibt unterschiedliche Verfahren zur CO2-Abscheidung, wobei die Aminwäsche (Absorption) am weitesten verbreitet ist und in großem Maßstab kommerziell eingesetzt wird. Den Vorteilen der hohen Beladungskapazität und Selektivität stehen bei diesem Verfahren die Nachteile eines hohen Energiebedarfs, hoher Investitionskosten und verfahrensbedingter Aminemissionen gegenüber. Eine äußerst attraktive Alternative stellen adsorptive Trennverfahren mit festen Adsorbentien dar, mit dem Potential für geringeren Energiebedarf, einer Vermeidung von Aminschlupf durch die feste Bindung an den Träger und sehr guter Skalierbarkeit des Verfahrens. Als Adsorbentien für die CO2-Abtrennung werden heute praktisch ausschließlich Granulate oder Pellets betrachtet, da keine Alternativen in großem Maßstab verfügbar sind. Zur Behandlung von sehr großen Volumenströmen sind strukturierte Packungen, z.B. Wabenkörper, aufgrund Ihres deutlich günstigeren Verhältnisses von Druckverlust zu spezifischer Oberfläche von wesentlichem Vorteil im Vergleich zu Festbettschüttungen. Strukturierte Adsorbentien zur CO2-Abtrennung sind derzeit nicht in industriellem Maßstab verfügbar. Die Entwicklung und Fertigung ist kapitalintensiv und erfordert sehr spezielles Know-how auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einen auf aminfunktionalisierten Wabenkörpern basierenden Adsorptionsprozess zur effizienten Abscheidung von CO2 aus Prozess- oder Rauchgasen zu entwickeln und anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele zu demonstrieren.
Holcim (Süddeutschland) GmbH wird in dem Vorhaben der Erstanwender der sogenannten 'CycloneCC-Technologie' als 'End-of-Pipe'-Lösung innerhalb der Zementindustrie im industriellen Maßstab sein. Im Projekt PRIDE-ID wird ein Versuch der Technologie zur Abscheidung unvermeidbarer CO2-Emissionen mittels realer Prozessgase in einem Zementwerk erfolgen. Die CycloneCC-Technologie, welche eine CO2-Abtrennung mittels Rotating Packed Bed-Komponente einsetzt, ist als innovative, kostengünstige CO2-Abscheidungstechnologie von dem Unternehmen Carbon Clean entwickelt worden (eingebunden als Unterauftragnehmer). Zudem ist im Rahmen des zu fördernden Vorhabens die Universität Stuttgart als Projektpartner eingebunden, welche den Einsatz der CycloneCC-Technologie wissenschaftlich begleiten und CO2-Nutzungsszenarien für eine perspektivische Skalierung der Technologie erarbeiten wird. Als weiterer wissenschaftlicher Partner charakterisiert das Institut für Nichtklassische Chemie e.V. die Wirkkomponenten und deren Alterungsprodukte in der Aminlösung und identifiziert die Mechanismen der Alterungsreaktionen. Ziel des Projekts ist die Installation einer Versuchsanlage zur CO2-Abtrennung mit der CycloneCC-Technologie im Zementwerk Dotternhausen, um 10 TPD CO2 aus dem Gasstrom des Zementwerks abzuscheiden. Das Projekt wird am Gelände des Holcim Zementwerk in Dotternhausen und unter Verwendung eines Teilabgasstromes des Werkes stattfinden. Holcim wird die Testkampagne durch Mitarbeiter vor Ort unterstützen und Probenentnahmen gewährleisten. Anschließend wird Holcim bei der Erarbeitung des Skalierungskonzept unterstützen. Holcim wird weitreichende Kenntnisse im Bereich Verbrennungsprozess und Betriebsweisen in der Zementproduktion, der Verwendung von CO2 als Rohstoff sowie erforderliche Prozessdaten (u.a. für die Charakterisierung der Stoffströme und potenzielle Störkomponenten) in das Vorhaben einbringen.
Im Fokus des Projektes 'Aufwertung CO2-reicher Gasströme biogenen Ursprungs zu Wertstoffen für die chemische Industrie durch Schwefelwasserstoffabtrennung' steht die Entwicklung eines ökonomisch effizienten und gleichzeitig ökologisch vorteilhaften Prozesses zur Abscheidung von geringen Schwefelwasserstoff-Gehalten aus kohlendioxid-haltigen Gasströmen. Solche Stoffgemische fallen in großen Mengen bei der Reinigung gasförmiger Produkte aus Anlagen zur Biomasse-Vergärung und Biomasse-Vergasung an. Die vollständige Abtrennung des Schwefelwasserstoffs ist essentiell für den späteren Einsatz der gasförmigen Produkte (Biogas, Synthesegas, Kohlenstoffdioxid) als wertvollem Energieträger und Rohstoff für die chemische Industrie. In den nachgelagerten Prozessen wirkt H2S sonst als Störstoff bzw. Katalysatorgift und verhindert als Beimengung die weitere Verwendung der Produkte. Die zentrale Fragestellung des Vorhabens ist daher die Entwicklung eines effizienten Prozesses für die Abscheidung kleiner H2S-Mengen aus CO2-reichen Gasströmen, um die Rückführung und Nutzung des gebundenen Kohlenstoffs zu ermöglichen. Dabei liegt der Fokus auf dem Einsatz besonders umweltfreundlicher Oxidationsmittel. Das Erreichen hoher Schwefelwasserstoffumsätze bei minimaler Kohlenstoffdioxid-Absorption durch gezielten Einsatz von pH, Temperatur, Druck und Katalysatoren steht dabei im Mittelpunkt. Zentrale Entwicklungsziele sind die Identifikation eines geeigneten Reaktionssystems und verfahrenstechnischen Apparats, die Simulation und Pilotierung des Verfahrens sowie die ökologische und ökonomische Bewertung.
Mit Ammonium schwach belastete Abwaesser lassen sich biologisch mit sehr einfachen Verfahren reinigen. Bei sehr hoch belasteten Abwaessern koennen sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten ergeben. Von besonderer Bedeutung ist die Abscheidung des Ammoniums dann, wenn bei aerober Betriebsweise mit Biogasproduktion Ammonium in groesserem Umfang durch die biologische Umsetzung entsteht. Unsere Entwicklung, die sich ausgezeichnet bewaehrt hat, zielt darauf ab, das entstandene Ammonium durch Zugabe von Chemikalien abzuscheiden. Es liegen Ergebnisse von Untersuchungen vor, die ueber mehrere Jahre durchgefuehrt wurden. Anwendungsbereiche: Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Reinigung industrieller Abwaesser mit Biogasproduktion und integrierter Abscheidung von Ammonium.