Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wacker Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die stoffliche Nutzung von CO2 durch eine neue Synthese von Acrylsäure bzw. Natriumacrylat. Bei einem Massenanteil von 61 Prozent im Zielmolekül könnten bei einem Marktvolumen von ca. 4 Millionen Tonnen bei einer erfolgreichen Einführung dieser Technologie bedeutende Mengen an CO2 stofflich genutzt werden. Da Ethylen auch auf Basis von Bioethanol hergestellt werden kann, ist so die vollständige Umstellung der Acrylsäuresynthese auf regenerative Rohstoffe möglich. Das vorliegende Arbeitspaket untersucht, ob bei Verwendung neuer alternativer Liganden, z. B. einfacher s-Donatoren (Amine, hochsubstituierte Phosphane etc.), der Katalysezyklus vervollständigt werden kann. Dabei sollen neben stöchiometrischen Mengen an alkylierenden Agentien auch Säuren zur Ringöffnung eingesetzt werden. Wesentliches Kriterium dieses Arbeitspakets ist die Verfolgung der Reaktion mittels in-situ-Methoden online ATR-IR-Spektroskopie, kombiniert mit NMR-Spektroskopie und ESI Massenspektrometrie zur Produktquantifizierung. Daher sollen monoanionische Liganden (N--O, P--O etc.) insbesondere in Verbindung mit Fe(Ru)(II) und Rh, Ir(I) untersucht werden. Durch die zusätzlichen ionischen Wechselwirkungen erhöht sich die Metall/Ligand-Stabilität und die oxidative Addition. Die reduktive Eliminierung in den Redoxpaaren Rh(Ir)(I) / Rh(Ir)(III) wird erleichtert. Zudem werden dinucleare Komplexe auf ihre Eignung zur Kupplung von CO2 mit Olefinen untersucht.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. Kohlendioxid ist einerseits ein Treibhausgas, andererseits ein kostengünstiger Rohstoff. Ziel des Verbundprojektes ist die Auffindung von Prozessbedingungen und Katalysatoren für die neue Synthese von Natrium-Acrylat (Na-Acrylat) aus Kohlendioxid und Ethen. Für diese bisher nicht bekannte Reaktion müssen wirksame Homogen- oder Heterogenkatalysatoren aufgefunden werden. Zudem wird die Steuerung des Phasenverhaltens der eingesetzten Reaktanden untereinander und in Wechselwirkung mit CO2 untersucht und eine industriell realisierbare Reaktionsführung abgeleitet. Das Projekt adressiert wesentliche Ziele der High-Tech-Strategie der Bundesregierung zum Klima- und Ressourcenschutz. Der Projektteil der TU München zielt auf eine katalytische Reaktionsführung der Acrylsäure- bzw. Acrylatsynthese. Die Arbeiten der BASF werden am CaRLa, dem gemeinsamen Labor mit der Universität Heidelberg, durchgeführt. In diesem Teilprojekt werden Hoberg-Komplexe und alternative Komplexe im Sinne eines assoziativen Ligandenaustauschs mit einer Vielzahl an Basen und Nucleophilen umgesetzt und Modellkomplexe näher auf ihre Eignung unter industriellen Gesichtspunkten untersucht. hte synthetisiert potentielle heterogene Aktivmassen und testet homogene und heterogene Katalysatoren im hohen Durchsatz. Die Universität Stuttgart wird sich der reaktions- und verfahrenstechnischen Optimierung der einzelnen Prozessstufen und des Gesamtprozesses widmen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Acrylsäure aus nachwachsenden Rohstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik, Institutsteil Straubing, Bio-, Elektro- und Chemokatalyse durchgeführt. Das Ziel des Teilvorhabens ist die Erforschung eines Verfahrens zur Herstellung biobasierter Acrylate. Entsprechende Verbindungen ermöglichen die Verwendung dieser wichtigen Polymerklasse bei der Herstellung biobasierter Produkte. Ziel des beantragten Projektes ist es, die Selektivität der Acrylsäurebildung zu verbessern, indem statt Milchsäure aktivierte Derivate in die Eliminierungsreaktion eingesetzt werden. Eine selektivere Eliminierung verspricht eine bessere Ausbeute an Acrylsäure bzw. Acrylaten und damit auch ein ökonomischeres Verfahren. Eine entsprechende Aktivierung kann dadurch erfolgen, dass die Alkoholfunktion zum Ester umgesetzt wird. Im Falle einer Acetylierung beispielsweise erfolgt die Herstellung der Acrylsäure durch Abspaltung von Essigsäure statt Wasser. Im Arbeitspaket 1 sollen verschiedene an der Hydroxylfunktion aktivierte Derivate der Milchsäure bzw. deren Ester getestet werden, um ihre Eignung zur Umsetzung zu Acrylsäure oder zu Acrylaten zu untersuchen. Die verschiedenen Verbindungen sollen in Anlehnung an in der Literatur beschriebene Verfahren und Katalysatoren zur Herstellung von Acrylsäure aus Milchsäure umgesetzt werden. Als geeignete Katalysatoren für die Herstellung von Acrylsäure aus Milchsäure haben sich Sulfate oder Phosphate erwiesen. Ebenfalls vielversprechend sind Zeolite für die Umsetzung von Milchsäure eingesetzt wurden. Ziel des Arbeitspakets ist es, die am besten geeignete Vorläuferverbindung zur Herstellung von Acrylsäure bzw. Acrylaten auszuwählen und dann in Arbeitspaket 2 einen geeigneten Katalysator zu bestimmen. Im Arbeitspaket 2 sollen mit dem in AP1 ausgewählten vielversprechendsten Substrat weitere Katalysatoren der drei Katalysatorklassen getestet und die besten Verbindungen identifiziert werden. Im Arbeitspaket 3 soll der in AP2 als am vielversprechendsten identifizierten Katalysator weiter optimiert werden.
Das Projekt "Machbarkeitsstudie Hof-Bioraffinerie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kompetenzzentrum für Nachwachsende Rohstoffe, Technologie- und Förderzentrum durchgeführt. Problemstellung: Das Projekt ist eine Machbarkeitsstudie zu dezentralen Hof-Bioraffinerien, welche eine Umsetzung von landwirtschaftlicher Biomasse (z. B. Grünschnitt) zu Grundchemikalien wie Acrylsäure oder Ethylencarbonat bewerkstelligen sollen. Hierbei wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, um die grundlegende Realisierbarkeit dieser Vision näher zu untersuchen und anschließend bewerten zu können. Der Schwerpunkt des neuen Ansatzes beruht auf der Entwicklung eines hocheffizienten, miniaturisierten chemischen Umsetzungsprozesses, der in Aufschluss über die Fermentation bis hin zur chemischen Produktsynthese gegliedert in einer wartungsarmen landwirtschaftlichen Container-Anlage ablaufen soll. Zielsetzung: Ziel des Vorhabens ist es, eine Möglichkeit zur nachhaltigen Bereitstellung von chemischen Grundstoffen durch Raffination landwirtschaftlicher Biomasse in modular aufgebauten Hof-Bioraffinerien zu prüfen. Die Vision ist es, eine 'neue' grüne Hof-Bioraffinerie zu entwickeln, zu bewerten und anschließend zu realisieren. Diese grundlegende Idee soll eine CO2-freundliche Produktion von Plattformchemikalien in dezentralen Anlagen ermöglichen, welche zu einer attraktiven lokalen Wertschöpfung durch Landwirte auf ihrem eigenen Gelände führen sollte. Aufgrund der Verwendung von gängigen und in Serienproduktion hergestellten Bauteilen soll eine kostengünstige Herstellung der Hof-Bioraffinerie in hohen Stückzahlen realisiert werden. Arbeitsschwerpunkte: TFZ-Arbeitsschwerpunkt liegt auf potenziellen landwirtschaftlichen Rohstoffen, für die derzeit wirtschaftlich tragbare Verwertungsmöglichkeiten fehlen: Grünschnitt und Grassilage von freiwerdenden Grünlandflächen sowie Roggen und Zuckerrüben, die aus Gründen der abnehmenden relativen Vorzüglichkeit bzw. wegen agrarpolitischer Veränderungen und realer Preis- und Erlösproblemen Anbauflächenrückgänge erfahren - Abschätzung der verfügbaren Mengen und ihrer regionalen Verteilung für diese Edukte - Bewertung der Erreichbarkeit der Qualität für den Raffinerieprozess in Abstimmung mit den Anforderungen der Projektpartner für eine effiziente Fermentation.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Hochdurchsatzscreening - Evaluierung geeigneter Aktivmassen und Reaktionsbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von hte Aktiengesellschaft the high throughput experimentation company durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Identifizierung und Entwicklung einer neuen Generation von Heterogenkatalysatoren als Ausgangspunkt für neue technische Verfahren zur hochselektiven, einstufigen, oxidativen Funktionalisierung von kurzkettigen Alkanen. Im besonderen Fokus des Projekts stehen dabei neue Heterogenkatalysatoren für die Selektivoxidation von n-Butan zu MSA, von Propanzu ACR / ACS und von Ethan zu HAc. hte wird seine Arbeiten auf die Konditionierung und Testung von prospektiven Katalysatorsystemen im hohen Durchsatz (HTS) fokussieren. Dazu stehen geeignete technologische Plattformen zur Verfügung, mit denen Oxidationskatalysatoren für die beschriebenen Zielreaktionen unter verschiedensten Reaktionsbedingungen ausgestetet werden können. Aus derzeitiger Sicht erscheint eine Testung im Stage II sinnvoll: Typische Parallelisierungsgrade einer solchen Anlage liegen bei 48Aktivmassen von je 0,5 bis 2 ml Katalysatorvolumen. Eine detaillierte Produktanalyse mit geschlossener Kohlenstoffbilanz ist möglich. Durch parallele Testung der Aktivmassen können Informationen auf breiter Basis über die neuartigen Aktivmassen gewonnen werden, die zum einem zum Verständnis der Struktur-Wirkungsbeziehungen der neuen Festkörper führen und zum anderen mögliche Ansatzpunkte für Neuentwicklungen liefern. Aus den technologischen Komponenten, die im Projekt neu appliziert und validiert werden sollen, ergeben sich für hte AG eine Reihe von Vorteilen, die sich in den oben bereits beschriebenen geschäftlichen Nutzen umsetzen lassen: 1) Der Erwerb von Expertise für eine spezifische Reaktionsklasse, 2) Die Verbreiterung und Validierung des Technologieportfolios, 3) Die Verbreiterung und Validierung des Softwareportfolios, 4) Die Möglichkeit der Publikation spezifischer Projektinhalte in Fachjournalen oder auf Konferenzen. Da es sich bei der Hochdurchsatzforschung um einen stark umworbenen internationalen Markt handelt, können die hier angegeben Entwicklungen Wettbewerbsvorteile für hte sicher
Das Projekt "Flüssigphasen-Dehydratisierung von fermentativ gewonnener Milchsäure zur Produktion von biobasierter Acrylsäure" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Chemie und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik durchgeführt. Acrylsäure spielt als ungesättigte Carbonsäure für die Produktion von Acrylatpolymeren eine äußerst wichtige Rolle, insbesondere für die Konsumgüterindustrie (weltweite Produktion größer als 5 Mio Tonnen/Jahr). Während die heutige Produktion von Acrylsäure (AA) die Oxidation von Propen nutzt und damit auf einer fossilen Rohstoffversorgung aufbaut, eröffnet die Dehydratisierung (Wasserabspaltung) von fermentativ hergestellter Milchsäure eine hochattraktive Alternative, die AA aus Abfallbiomasse zugänglich macht. Heute werden für die katalytische Dehydratisierung vor allem Gasphasenreaktionen untersucht. Allerdings legen Analogieschlüsse nahe, dass ein Flüssigphasen-Verfahren - unter Zuhilfenahme einer effizient Wasser-bindenden Reaktionsmatrix in einem katalytischen Mehrphasensystem das deutlich effizientere Verfahren sein könnte. Im Projekt soll der Weg einer Flüssigphasen-Dehydratisierung von Milchsäure technologisch entwickelt und bewertet werden. Dazu sollen insbesondere verschiedene Katalysatorsysteme, Reaktor- und Prozesskonzepte getestet und verglichen werden. Mit Hilfe eines Katalogs an Evaluierungskriterien (beinhaltend beispielsweise Selektivität, Produktivität, Katalysatorstabilität etc.) soll die attraktivste Kombination aus Katalysator-, Reaktor- und Prozesstechnologie identifiziert werden. Für diese attraktivste Kombination werden alle relevanten Prozessparameter einer weiteren Optimierung unterzogen. Das Projekt beinhaltet Planung, Aufbau und Inbetriebnahme der kontinuierlichen Laboranlage zur Produktion von Bio-AA (Kapazität 1 kg AA/Stunde). Die Versuche in der Laboranlage sollen eine Bewertung der Katalysator- und Prozessstabilität ermöglichen und eine detaillierte Ermittlung aller Massen- und Wärmeströme ermöglichen. Das Entwicklungsergebnis wird danach ökonomisch und mittels einer Life Cycle Analysis (LCA) bewertet und mit der AA-Synthese auf Propen-Basis verglichen.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Koordination, Hochskalierung, Katalysatorstrukturierung und -testung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. Identifizierung und Erarbeitung einer neuen, überlegenen Generation von Heterogenkatalysatoren zur hochselektiven, ressourceneffizienten, Selektivoxidation von kurzkettigen Alkanen zu chemischen Grundprodukten am Anfang weitverzweigter Wertschöpfungsketten. Im Fokus: Umwandlung der Erdgasbestandteile n-Butan, Propan und Ethan zu Maleinsäureanhydrid (MSA), Acrolein / Acrylsäure (ACR / ACS) bzw. Essigsäure (HAc). BASF ist Endanwender, Ziele entsprechen wesentlich denen des Gesamtprojekts. Angestrebt ist signifikante Besserstellung gegenüber dem Stand der Technik (+10 Prozent MSA). Teilziele: Identifizierung/Verbesserung prospektiver Phasen, Strukturierung/Hochskalierung. Im Verbundvorhaben werden neue Festkörperphasen hergestellt, hochskaliert, katalytisch evaluiert und anhand der Erkenntnisse zur Strukturchemie der besten Kandidaten unter Reaktionsbedingungen zyklisch optimiert. BASF bildet die Schnittstelle Material/Katalysator. Aufgaben: Hochskalierung und Strukturierung aller Phasen, katalytische Bewertung unter technischen Bedingungen. Zur Synthese werden Fällungen, Hydrothermalsynthesen, Sprühtrocknungen, Kalzinationen ausgelegt. Charakterisierung: Chemische und XRD Analysen, Kontrolle Partikelgröße/Morphologie (BET, SEM/TEM), Stabilitätsmessungen (TG/DTA). Katalytische Bewertung: 2 Technikumsreaktoren, GC-Reaktionsgasanalytik. Als Endanwender könnte BASF die Ergebnisse zügig in ein neues Verfahren umsetzen. Verwertung kann sowohl in eigenen Produktionsanlagen erfolgen (drop-in, neues Verfahren) als auch vermarktet werden (Katalysator, Lizenzvergabe). Grundlage: Umfassende Sicherung der erarbeiteten IP (Stoffe/Katalysatoren/Prozesse). Zeitlicher Horizont: Drop-in Lösung in bestehende Anlangen (z.B. MSA-Prozess) erfordern eine Pilotphase von 1-3 Jahren, damit ist eine Kommerzialisierung nach etwa 3-5 Jahren realistisch. Neue Prozesse erfordern umfangreichere Entwicklung, daher sind entsprechend insgesamt 10 Jahre anzunehmen.
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