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Teilprojekt 4

Das Projekt "Teilprojekt 4" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. Das Vorhabensziel besteht in der Entwicklung eines auf photokatalytischer Alkandehydrierung beruhenden Verfahrens für die Herstellung von Aldehyden. Dadurch sollen CO2 stofflich genutzt und Alkane einer chemischen Verwendung zugänglich gemacht werden. Im Rahmen des angestrebten vorwettbewerblichen Projektes sollen insbesondere die technische und wirtschaftliche Machbarkeit erforscht sowie das Ausmaß der ökologischen Nachhaltigkeit ermittelt werden. Die Partner LIKAT und Universität Bayreuth entwickeln, immobilisieren und testen neue Katalysatoren für die photokatalytische Dehydrierung bzw. die Direktcarbonylierung von Alkanen und die Hydroformylierung von Alkenen mit CO2. Ausgehend von kinetischen Untersuchungen dieser Projektpartner wird von Evonik Degussa GmbH ein Reaktionsmodell erstellt, welches die Basis für eine Reaktorauslegung im technischen Maßstab schaffen soll. Darüber hinaus sollen die notwendigen Prozesse zur Abtrennung der Wertprodukte H2 und 1-Buten sowie Valeraldehyd aus den Reaktionsgemischen modelliert und energetisch bewertet werden. Die Zusammenstellung von rechnerischen Modulen aus der Reaktormodellierung und der Trenntechnik und der Abgleich mit den kinetischen Untersuchungen liefert eine quantitative Beschreibung des Gesamtverfahrens. Begleitend sollen Life-Cycle-Assessments für die zu entwickelnden Verfahren durchgeführt sowie eine Potentialanalyse unter Berücksichtigung ökonomischer und politischer Rahmenbedingungen erstellt werden.

Teilvorhaben 3

Das Projekt "Teilvorhaben 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Katalyse e.V. an der Universität Rostock durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Aldehyden aus Alkanen und CO2 am Beispiel von Valeraldehyd. Damit soll eine neue großtechnische stoffliche Nutzung von CO2 bei der Herstellung von Basischemikalien im industriellen Maßstab ermöglicht werden. Darüber hinaus sollen Alkane einer chemischen Verwendung zugänglich gemacht werden. Im Rahmen des angestrebten vorwettbewerblichen Projektes sollen insbesondere die technische und wirtschaftliche Machbarkeit erforscht sowie das Ausmaß der ökologischen Nachhaltigkeit ermittelt werden. Im Rahmen der Projektdurchführung sollen insbesondere Iridium-Phosphin-Komplexe und Iridium-basierte PCP-Pincer-Komplexe als Katalysatoren für die Hydroformylierung mit Kohlendioxid entwickelt werden. Weiterhin werden strukturell definierte Palladium-Phosphin- und Ruthenium-basierte Komplexe sowie Eisenhydridocarbonyl-Komplexe synthetisiert und getestet. Dabei wird die Produktzusammensetzung von Aldehyden und unerwünschten Nebenprodukten wie Alkanen und Alkoholen, die durch nachfolgende Hydrierung gebildet werden, genauer studiert. Neben den direkten Reaktionen mit Kohlendioxid sollen auch Modellversuche mit CO in Gegenwart der oben genannten Katalysatoren durchgeführt werden. In allen katalytischen Studien werden Optimierungen der kritischen Reaktionsparameter (T, P, Lösemittel, Liganden) und im Erfolgsfalle Upscalingversuche betrieben.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik durchgeführt. Im vorliegenden Gemeinschaftsprojekt mit den Projektpartnern Evonik Degussa, Evonik Oxeno, dem Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) und dem Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik der Universität Bayreuth (CVT) soll am CVT das grundlegende Problem der homogenen Katalyse, die Abtrennung des Katalysators von der Reaktionsmasse, durch eine Immobilisierung der am LIKAT entwickelten homogenen Katalysatoren mit Hilfe ionischer Fluide (ionic liquids, ILs) durch das SILP-Konzept (Supported Ionic Liquid Phase) gelöst werden. Dieses Konzept soll erstmals auf die photokatalytische Umsetzung von Alkanen übertragen werden, hier auf die Herstellung von Valeraldehyd aus n-Butan, CO2 und H2. Als Trägermaterial für die IL und den darin gelösten Katalysator sollen poröse Gläser eingesetzt werden, um ein Eindringen des Lichtes sicherzustellen. Im vom CVT zu bearbeitenden Teilprojekt sollen diese Katalysatorsysteme hergestellt und charakterisiert werden (innere Oberfläche, Porenradienverteilung, Löslichkeit von Kohlenwasserstoffen und den beteiligten Gase CO2, H2 und CO in der IL). Außerdem soll die thermische Stabilität der IL-Beschichtung und des darin gelösten homogenen Katalysators bestimmt werden. Neben den Beschichtungsversuchen, d. h. der Herstellung geeigneter immobilisierter Katalysatorsysteme, sollen außerdem kinetische Untersuchungen zur Aktivität und Selektivität vielversprechender Systeme für die photokatalytische Dehydrierung von Butan in einer Laboranlage durchgeführt werden.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Evonik Industries AG durchgeführt. Das Vorhabensziel besteht in der Entwicklung eines auf photokatalytischer Alkandehydrierung beruhenden Verfahrens für die Herstellung von Aldehyden. Dadurch sollen CO2 stofflich genutzt und Alkane einer chemischen Verwendung zugänglich gemacht werden. Im Rahmen des angestrebten vorwettbewerblichen Projektes sollen insbesondere die technische und wirtschaftliche Machbarkeit erforscht sowie das Ausmaß der ökologischen Nachhaltigkeit ermittelt werden. Die Partner LIKAT und Universität Bayreuth entwickeln, immobilisieren und testen neue Katalysatoren für die photokatalytische Dehydrierung bzw. die Direktcarbonylierung von Alkanen und die Hydroformylierung von Alkenen mit CO2. Ausgehend von kinetischen Untersuchungen dieser Projektpartner wird von Evonik Degussa GmbH ein Reaktionsmodell erstellt, welches die Basis für eine Reaktorauslegung im technischen Maßstab schaffen soll. Darüber hinaus sollen die notwendigen Prozesse zur Abtrennung der Wertprodukte H2 und 1-Buten sowie Valeraldehyd aus den Reaktionsgemischen modelliert und energetisch bewertet werden. Die Zusammenstellung von rechnerischen Modulen aus der Reaktormodellierung und der Trenntechnik und der Abgleich mit den kinetischen Untersuchungen liefert eine quantitative Beschreibung des Gesamtverfahrens. Begleitend sollen Life-Cycle-Assessments für die zu entwickelnden Verfahren durchgeführt sowie eine Potentialanalyse unter Berücksichtigung ökonomischer und politischer Rahmenbedingungen erstellt werden.

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