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Projekt
Bifunktionelle hierarchisch aufgebaute poröse Schichtsysteme für effiziente einstufige Umwandlungen von Synthesegas zu Treibstoffen in Mikrostrukturreaktoren
Fachliche Zuordnung
Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 206052329
Mit Hilfe nanotechnologischer Ansätze werden hierarchisch aufgebaute poröse Schichtsysteme aus zwei verschiedenen katalytisch aktiven Materialien präpariert. Die Systeme sollen eine vorteilhafte Durchführung zweistufiger Reaktionssequenzen bewirken, indem sie Synergieeffekte aus der räumlichen Nähe der beiden verschiedenen Typen von aktiven Zentren ausnutzen und darüber hinaus zwei Verfahrensstufen kombinieren. Im Mittelpunkt steht die Direktsynthese von Dimethylether aus Synthesegas über Methanol als Zwischenstufe. Bei dieser Reaktionssequenz kann durch eine unmittelbare Weiterreaktion des am Zentrum A gebildeten Methanols zum Dimethylether am benachbarten Zentrum B ein höherer Umsatzgrad erreicht werden als bei der reinen Methanolsynthese an Zentren von Typ A. Um dies zu bewerkstelligen werden durch spezielle Präparationsverfahren unter anderem Kern-Schale-Partikel im Größenbereich von 20 bis 100 Mikrometer gezielt aufgebaut. Diese bestehen aus einem Cu/ZnO/Al2O3-Kern als Methanolsynthesekatalysator umgeben von einer polykristallinen Schicht mit definierter Dicke aus Zeolith-Kristallen vom Typ ZSM-5, welche die Dehydratisierung des Methanols bewirken. Als Alternativsysteme werden vergleichbare Doppelschichten, aufgebracht auf eine ebene Wand, sowie Mehrfach-Kern-Schale-Strukturen als mikroskalige Partikel, bei denen viele Cu/Zn/Al2O3-Kerne in eine gemeinsame sphärische ZSM-5-Matrix eingebettet sind, untersucht. Die präparierten porösen Materialien werden mit verschiedensten Methoden umfassend charakterisiert, um ihre Struktur, Morphologie und chemische Zusammensetzung auch lokal aufgelöst sichtbar zu machen und ihr katalytisches Verhalten zu erforschen. Die dabei erhaltenen Daten werden genutzt um detaillierte Simulationsmodelle zu erstellen, auf deren Basis eine Optimierung der Schichtstrukturen im Hinblick auf maximale Produktselektivität oder Produktausbeute erfolgen kann. Die Prognosen aus der Modellierung werden schließlich durch gezielte Präparation und Charakterisierung überprüft. Die entwickelten Konzepte für die Präparation der Materialien werden auch für die Synthese langkettiger Kohlenwasserstoffe an Co/Al2O3-Katalysatoren gemäß dem Fischer-Tropsch-Verfahren, gefolgt von der hydrierenden Spaltung der Kohlenwasserstoffe anZeolithkatalysatoren, unter anderem ZSM-5, zur Erzeugung von Benzin, Kerosin oder Dieselprodukten erprobt, um die Übertragbarkeitauf andere Reaktionssysteme zu untersuchen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
