Heraeus Precious Metals: Gemeinsames Forschungsprojekt zur nachhaltigen Herstellung von Ethen

Heraeus Precious Metals forscht unter der Leitung der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam mit dem Energieversorger RWE und der Rubokat GmbH an der Umsetzung nachhaltiger chemischer Wertschöpfungsketten zur Herstellung von Ethen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt SynGas2Ethene hat eine Dauer von drei Jahren. Insgesamt werden ca. 1,6 Millionen Euro in eine klimaschonende Herstellung von Ethen investiert.

Ethen ist die am meisten produzierte Grundchemikalie und somit ein wesentlicher Baustein der chemischen Industrie. Es ist unter anderem der Ausgangsstoff für den weit verbreiteten Kunststoff Polyethylen, der in Folien und Verpackungen zum Einsatz kommt. Bislang wird Ethen fast ausschließlich aus Erdöl und anderen fossilen Rohstoffen hergestellt, verbunden mit einem hohen CO₂-Ausstoß: pro produzierter Tonne Ethen fallen etwa 1,12 Tonnen CO₂ an.

Das Forschungsprojekt SynGas2Ethene, an dem Heraeus Precious Metals beteiligt ist, zielt auf eine nachhaltige Produktion von Ethen im industriellen Maßstab und damit auf eine deutliche Senkung der CO₂-Emissionen ab. Dazu soll Ethen nicht mehr aus Erdöl, sondern direkt aus Synthesegas gewonnen werden. Synthesegas ist ein Gemisch aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff sowie wechselnden Mengen weiterer Gase. Für die Produktion von Synthesegas kommen nur industrielle Reststoffe oder biogene Rohstoffe, wie Biomasse zum Einsatz. Wenn später dann auch Prozessenergie aus regenerativen Energien bereitgestellt wird, kann so ein CO₂-neutraler Technologiepfad realisiert werden.

Im Rahmen des von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) geleiteten Forschungsprojekts SynGas2Ethene haben sich die Partner verständigt, Katalysatorkonzepte weiterzuentwickeln und ein effizientes Prozessfenster für das Produktionsverfahren zu finden. Eine begleitende Verfahrenssimulation bildet die Grundlage für eine umfassende Analyse der ökologischen Auswirkungen des Prozesses und für die Berechnung der techno-ökonomischen Vorteile des neuen Technologiepfades.

Katalysatorauswahl, -präparation und -optimierung erfolgen sowohl an der RUB als auch am Heraeus Precious Metals-Standort in Hanau. Prof. Thomas Ernst Müller, Inhaber des Lehrstuhls Carbon Sources and Conversion (CSC) an der RUB, erläutert: “Wir konnten bereits zeigen, dass eine Umsetzung von Synthesegas mit einem Ruthenium-Katalysator möglich ist. Nun gilt es, mit den gewonnenen Erkenntnissen die Synthese in einen wirtschaftlichen Prozess zu überführen.” An der RUB finden weiterhin die Vorabtests und Screenings der Katalysatoren statt. Auch die Prozessentwicklung wird durch den Lehrstuhl CSC übernommen.

Heraeus Precious Metals begleitet die Katalysatorauswahl und stellt entsprechende, industrienah hergestellte Kleinmengen an Katalysatoren zu Verfügung. Aufgrund seiner Eigenschaften ist Ruthenium bestens als Edelmetall für den Katalysator geeignet. Die weiteren Spezifikationen des Katalysators werden in den nächsten Schritten definiert. Nachdem der geeignete Katalysator identifiziert wurde, wird Heraeus das Scale-up und die Formgebung des Katalysators für den Einsatz in kontinuierlich betriebenen Reaktionen durchführen.

Für die Katalysatorcharakterisierung ist das Unternehmen Rubokat, ein Spin-off des Lehrstuhls für Technische Chemie der Ruhr-Universität Bochum, zuständig.

Die Pilotversuche werden von RWE Power AG in deren Pilotanlage im Innovationszentrum Niederaußem durchgeführt. RWE wird auf Basis der Verfahrenssimulationen der RUB erste Wirtschaftlichkeitsabschätzungen vornehmen.

Das innovative Verfahren hat ein enormes Potential: Jährlich werden 150 Millionen Tonnen Ethen produziert. Durch die klimaschonende Herstellung von Ethen können nach Schätzungen der Projektpartner bis zu 60 Prozent der Treibhausgas-Emissionen bei der Ethen-Herstellung eingespart werden.

„Wir sind stolz darauf, unsere Expertise und unser umfangreiches Know-how im Bereich der heterogenen Edelmetallkatalysatoren in das Forschungsprojekt einzubringen. Gemeinsam mit den Projektpartnern werden wir im Rahmen dieser Grundlagenforschung einen entscheidenden Beitrag zur Senkung der CO₂-Emissionen in der chemischen Industrie leisten“, betont Dr. Hendrik Spod, Head of Innovation Chemicals bei Heraeus Precious Metals.

Nach Abschluss der dreijährigen Projektphase werden die gemeinsamen Forschungsergebnisse veröffentlicht. Anschließend wird in Folgeprojekten die Skalierung auf den industriellen Maßstab erfolgen.