Entwicklung eines effizienten Katalysators und Prozesskonzepts für die Synthese von Aromaten als chemische Grundstoffe und Oktanzahlbooster aus CO2-neutralem Methanol

Motivation

Aromaten werden bisher fast ausschließlich aus fossilen Quellen bezogen und finden sich in den verschiedensten Produkten wie Kunststoffen, Kleb- und Schmierstoffen, Farben und Lacken, Medikamenten, Tensiden und Lösungsmitteln wieder. Die Methanol-to-Aromatics-Route (MtA) bietet das Potential, BTX-Aromaten (Benzol, Toluol und Xylol) als wichtige chemischen Rohstoffe und als Kraftstoffbestandteile regenerativ zu erzeugen. Dazu wird Methanol aus regenerativem Synthesegas (H2, CO/CO2) erzeugt und katalytisch in aromatisch Kohlenwasserstoffe umgewandelt. Stand der Technik sind dabei Katalysatoren, welche in kurzer Zeit verkoken, wobei auch die Selektivität hinzu Aromaten stark abnimmt. Im Forschungsvorhaben wird durch eine wissensbasierte Katalysatorentwicklung die Selektivität und die Langzeitstabilität dieser Katalysatoren signifikant erhöht.

Projektziele

Entwicklung eines Katalysatorsystems für das MtA-Prozess auf Basis von modifizierten Zeolith-Katalysatoren
Quantifizierung der physikochemischen Eigenschaften sowie der Zusammensetzung des MtA-Produkts
Untersuchung des Einflusses der Produktzusammensetzung auf Oktanzahl und Rußbildungsneigung (im Vergleich mit kommerziellen Additiven)
Entwicklung eines Prozesskonzeptes zur Auftrennung des erzeugten Produkt-gemisches für die Auftrennung der BTX-Fraktion und Auftrennung der Xylol-Isomere mit einer Reinheit von mindestens 98 %

lösungsweg

Im Rahmen der geplanten Untersuchungen zur Synthese und Charakterisierung nachhaltiger Aromaten kooperieren beide Forschungsstellen eng miteinander. Die TUBAF ist für die Entwicklung selektiver und langzeitstabiler Katalysatorsysteme sowie entsprechender Regenerationsstrategien verantwortlich, führt die Methanol-to-Aromatics-(MtA)-Synthese durch und stellt dem OWI sowohl Produktzusammensetzungen als auch Aromatenproben zur Verfügung. Das OWI analysiert die physikochemischen Eigenschaften der erhaltenen Mischungen und bewertet deren Rußbildungsneigung sowie ihre Eignung als Oktanzahlbooster in Ottokraftstoffen.

Die Auftrennung der Aromatengemische wird auf Basis von Literaturrecherchen und Erkenntnissen des projektbegleitenden Ausschusses hinsichtlich erzielbarer Reinheiten, energetischen Aufwands und wirtschaftlicher Aspekte untersucht und modelliert. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf dem Vergleich konventioneller Aromatenquellen mit den im MtA-Prozess gewonnenen Produkten. Zwischen Synthese und Charakterisierung besteht eine kontinuierliche Rückkopplung, die eine gezielte Anpassung der Selektivitäten einzelner Aromatengruppen ermöglicht.

Aufgaben OWI

- Physikochemische Eigenschaften der Aromatenmischungen und Entwicklung der Processing-Möglichkeiten
- Bestimmung von Zündverhalten der Mischungen mithilfe der AFIDA bestimmt, sodass daraus eine Aussage zur Klopffestigkeit der Kraftstoffe abgeleitet wird.
- Charakterisierung der Rußbildungsneigung der Aromaten mittels des Messverfahrens des „Yield Sooting Index“ (YSI).
- Prozessmedellierung der Aromatenauftrennung, mit der bei verschiedenen Eingangszusammensetzungen jeweils eine Bestimmung der Reinheiten der Endprodukte und der dazu nötige energetische und wirtschaftliche Aufwand abgeschätzt werden kann.

Durchführende Forschungsstelle

TU Bergakademie Freiberg, Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen Professur Reaktionstechnik
OWI Science for Fuels gGmbH

Projektförderung

Im Kontext der zukünftigen Verfügbarkeit von nachhaltigem Methanol wird im Vorhaben die MtA-Route zur Erzeugung von BTX-Aromaten hinsichtlich Produktselektivität und Katalysatorstandzeit deutlich weiterentwickelt werden. Das BMWE fördert dazu ein Forschungsvorhaben, das am 1. Februar 2026 startet.