Mehrphasige CO₂-Fischer-Tropsch-Synthese

Im Zuge der Energiewende wird der Transportsektor zunehmend elektrifiziert. Allerdings wird der Flug- und Langstreckenverkehr aufgrund der hohen benötigten Energiedichte auch in Zukunft weiterhin auf flüssige Energieträger angewiesen sein. Eine Möglichkeit diese auch CO_2—neutral herzustellen bietet der Power-to-Liquid-Prozess (PtL). Ausgehend von fluktuierender, erneuerbarer Elektrizität kann mittels Elektrolyse H₂ gewonnen werden. Zusammen mit CO₂ aus Punktquellen wie Stahlwerken oder direkt aus der Luft, können im Rahmen chemischer Konversionen flüssige, erneuerbare Energieträger synthetisiert werden.

Eine vielversprechende Route bietet die CO₂-Fischer-Tropsch-Synthese (CO₂-FTS). Bei dieser exothermen Polymerisationsreaktion reagieren in Summe die Edukte CO₂ und H₂ zu diversen Kohlenwasserstoffen und dem Koppelprodukt H₂O. Das Produktspektrum variiert je nach eingesetztem Katalysator und Reaktionsbedingungen in Kettenlängenverteilung, Anteil an Paraffinen, Olefinen und Oxygenaten. Somit können gezielt nicht nur flüssige Energieträger, sondern auch Grundchemikalien und weiter Ausgangsstoffe für die chemische Industrie in einem Reaktor bereitgestellt werden.

Zur industriellen Umsetzung der CO2-FTS bieten sich aufgrund der benötigten Wärmeabfuhr und fluktuierenden Verfügbarkeit der Edukte dreiphasige Reaktorkonzepte an, vor allem die Suspensionsblasensäule. Diese wird bereits industriell für die herkömmliche FTS eingesetzt.

Am EBI ceb wird die Kopplung beider Technologien (CO2-FTS + dreiphasiger Reaktor) untersucht. Unter dem Ziel des Scale-Ups vom Labor in den Pilotmaßstab wurde die Fischer-Tropsch Anlage aufgebaut. Hier werden kinetische Studien und Langzeitmessungen zu vielversprechenden Katalysatoren für die CO₂-FTS durchgeführt. Mithilfe der Analytik werden Umsätze, Katalysatorstabilität und das Produktspektrum bestimmt. Diese Ergebnisse werden verwendet, um Modelle für die Reaktionskinetik und das Stoffsystem zu erstellen und schließlich eine Suspensionsblasensäule auszulegen.

Forschungsschwerpunkte

• Kinetikmessungen der CO₂-FTS im Rührkesselreaktor
• Untersuchungen zur mechanischen und chemischen Stabilität eingesetzter Katalysatoren
• Modellierung des dreiphasigen Stoffsystems
• Reaktormodellierung und Scale-Up