Neuer Katalysator macht Styrolherstellung billiger und umweltfreundlicher

01.03.2021 - USA

Forscher der Chemietechnik haben einen neuen Katalysator entwickelt, der die Ausbeute bei der Styrolherstellung deutlich erhöht und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Treibhausgasemissionen reduziert.

"Styrol ist eine synthetische Chemikalie, die zur Herstellung einer Vielzahl von Kunststoffen, Harzen und anderen Materialien verwendet wird", sagt Fanxing Li, korrespondierender Autor der Arbeit und Alcoa-Professor für Chemieingenieurwesen an der North Carolina State University. "Da es so weit verbreitet ist, freuen wir uns, dass wir eine Technologie entwickeln konnten, die kostengünstig ist und die Umweltauswirkungen der Styrolherstellung reduziert." Schätzungen der Industrie gehen davon aus, dass die Hersteller bis zum Jahr 2023 mehr als 33 Millionen Tonnen Styrol pro Jahr produzieren werden.

Herkömmliche Styrol-Produktionstechnologien haben eine Single-Pass-Ausbeute von etwa 54 %. Mit anderen Worten: Pro 100 Einheiten Ausgangsmaterial, die man in den Prozess einbringt, erhält man bei jedem Durchgang 54 Einheiten Styrol. Mit ihrem neuen Katalysator konnten die Forscher eine Ausbeute von 91 % in einem Durchgang erzielen.

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Der Umwandlungsprozess findet bei 500-600 Grad Celsius statt - dem gleichen Temperaturbereich wie bei herkömmlichen Styrol-Herstellungsprozessen. Allerdings gibt es einen großen Unterschied.

"Aktuelle Techniken erfordern das Einspritzen von sehr großen Mengen an Dampf in den Reaktor, in dem die Umwandlung stattfindet", sagt Yunfei Gao, Postdoktorand an der NC State und Co-Autor eines Artikels über die Arbeit. "Unsere Technik benötigt keinen Dampf. In der Praxis bedeutet dies eine drastische Reduzierung der Energiemenge, die für die Umwandlung benötigt wird."

Konkret verbraucht der Umwandlungsprozess mit dem neuen Katalysator 82 % weniger Energie - und reduziert die Kohlendioxid-Emissionen um 79 %.

"Diese Fortschritte werden durch das technische Design des Katalysators selbst ermöglicht", sagt Xing Zhu, Co-Leitautor der Studie und Forscher an der Kunming University of Science and Technology (KUST). "Der neue Redox-Katalysator hat eine Kaliumferrit-Oberfläche für die katalytische Phase und einen Kern aus gemischtem Kalzium-Mangan-Oxid für die Speicherung von Sauerstoff im Gitter." Zhu arbeitete an dem Projekt als Gastwissenschaftler an der NC State.

"Um den neuen Katalysator einsetzen zu können, müssten die Styrolhersteller einen anderen Reaktortyp verwenden, als sie es derzeit tun", sagt Li. "Sie bräuchten etwas Ähnliches wie einen CATOFIN®-Reaktor. Aber diese sind bereits für andere industrielle Anwendungen weit verbreitet. Und die Kosteneinsparungen durch den neuen Prozess dürften erheblich sein."

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