Die Reaktionswege der Ethanol-zu-Olefin-Umsetzung von überschüssigem Bioethanol zu BTEX-Aromaten und Flugbenzin in einem hierarchischen, metallausgetauschten Reaktionssystem

• Antragsteller: Dr. Michael Dyballa
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471005971

In den nächsten Jahren werden batteriegetriebene Autos den Bedarf an Biokraftstoffen als Beimischung zu Treibstoffen sinken lassen. In diesem Antrag soll ein Verfahren zur alternativen Nutzung und zur Aufwertung des überschüssigen Ethanols aus Fermentationsprozessen erforscht werde. Die Direktumsetzung von Ethanol zu Flugzeugbenzin und insbesondere zu industriell wichtigen BTEX Aromaten hat den ökonomischen Vorteil, dass die wässrigen Lösungen des Ethanols nicht energieaufwändig getrocknet werden müssen. Die Produkte, Flugbenzin und BTEX Aromaten, sind schwer anderweitig CO2-neutral herzustellen. Allerdings hat das Verfahren der Direktumsetzung noch den Nachteil, dass Koksbildung den Katalysator schnell inaktiviert. Hier setzt das vorliegende Projekt an, mit dem Ziel effizientere Katalysatoren herzustellen und mechanistische Besonderheiten der Ethanol-Umsetzung zu identifizieren.Die Verkokung von ZSM-5 Zeolithkatalysatoren soll durch eine Kombination von Post-Modifikationen zurückgedrängt werden. Der Austausch des Katalysators mit Zink- und Galliumionen ist eine von der Umsetzung von Methanol her bekannte Methodik, den Aromatenanteil zu vergrößern. Änderungen in der Umgebung der Galliumspezies können durch direkte Untersuchung des 71Ga Nucleus mittels Festkörper-NMR untersucht werden. Die teilweise geringere Standzeit des Katalysators soll durch Desiliziierung, das heißt durch die Verwendung hierarchischer ZSM-5 Katalysatoren, verlängert werden. Hierbei wird ein sekundäres Mesoporensystem eingefügt, welches im Idealfall die Diffusion und die Anzahl an Porenöffnungen vervielfacht. Die Lage der Säurezentren soll durch die Verwendung voluminöser Probenmoleküle bestimmt und mit den katalytischen Daten korreliert werden, um erstmals Aussagen über Selektivitätsveränderungen aufgrund der Lage von Säurezentren in den Mesoporen treffen zu können. Liegt ein geeignetes Reaktionssystem vor, sollen mechanistische Unterschiede zur Methanol-Umsetzung herausgearbeitet werden. Der Mechanismus der Ethanol-zu-Aromaten/Flugbenzin-Umsetzung soll durch eine Kombination verschiedener spektroskopischer in situ Techniken untersucht werden. In situ UV/Vis wird Aussagen über die Bildung von Aromaten und Koks liefern. Kombiniert wird diese Technik mit in situ DRIFTS und ex situ MAS NMR Techniken an, mit 13C-Feed, markierten Katalysatoren. Es soll festgestellt werden zu welchem Teil die Reaktion über das Zwischenprodukt Ethen läuft und wie sich dies auf die Leistungsfähigkeit der Ethanol-Umsetzung im Vergleich zu einem Methanol-Feed auswirkt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen