Neuer Reaktor könnte Millionen bei der Herstellung von Kunststoff- und Gummibestandteilen aus Erdgas sparen
Angesichts des Rückgangs der Ölförderung ist ein Verfahren auf der Grundlage von Erdgas erforderlich, um eine Verknappung einer wichtigen Chemikalie abzuwenden, die für Autoteile, Reinigungsmittel und mehr verwendet wird
Ein neues Verfahren zur Herstellung eines wichtigen Bestandteils von Kunststoffen, Klebstoffen, Teppichfasern, Haushaltsreinigern und vielem mehr aus Erdgas könnte die Herstellungskosten in einer Post-Erdöl-Wirtschaft um Millionen von Dollar senken - dank eines neuen chemischen Reaktors, der von Ingenieuren der University of Michigan entwickelt wurde.
Der Reaktor stellt Propylen her, eine Arbeitschemikalie, die auch zur Herstellung einer langen Liste von Industriechemikalien verwendet wird, darunter Bestandteile von Nitrilkautschuk, der in Autoschläuchen und -dichtungen sowie in blauen Schutzhandschuhen verwendet wird. Das meiste Propylen, das heute verwendet wird, stammt aus Ölraffinerien, die es als Nebenprodukt bei der Raffination von Rohöl zu Benzin gewinnen.
Da Erdöl und Benzin zugunsten von Erdgas, Solar- und Windenergie aus der Mode kommen, könnte die Produktion von Propylen und anderen aus Erdöl gewonnenen Produkten unter den derzeitigen Bedarf fallen, wenn nicht neue Wege zu ihrer Herstellung gefunden werden.
Aus Schiefergestein gewonnenes Erdgas ist eine mögliche Alternative zu Propylen, das aus Erdöl gewonnen wird. Es ist reich an Propan, das dem Propylen so ähnlich ist, dass es ein vielversprechendes Vorprodukt darstellt. Die derzeitigen Verfahren zur Herstellung von Propylen aus Erdgas sind jedoch noch zu ineffizient, um die Lücke zwischen Angebot und Nachfrage zu schließen.
"Es ist sehr schwierig, Propan wirtschaftlich in Propylen umzuwandeln", sagt Suljo Linic, Martin Lewis Perl Collegiate Professor of Chemical Engineering und korrespondierender Autor der in Science veröffentlichten Studie.
"Man muss die Reaktion erhitzen, um sie anzutreiben, und die Standardmethoden erfordern sehr hohe Temperaturen, um genügend Propylen zu erzeugen. Bei diesen Temperaturen erhält man nicht nur Propylen, sondern auch feste Kohlenstoffablagerungen und andere unerwünschte Produkte, die den Katalysator beeinträchtigen. Um den Reaktor zu regenerieren, müssen wir die festen Kohlenstoffablagerungen häufig abbrennen, was den Prozess ineffizient macht."
Das neue Reaktorsystem der Forscher stellt Propylen effizient aus Schiefergas her, indem es Propan in Propylen und Wasserstoffgas aufspaltet. Außerdem lässt es den Wasserstoff entweichen, indem es das Gleichgewicht zwischen der Konzentration von Propan und Reaktionsprodukten so verändert, dass mehr Propylen hergestellt werden kann. Sobald der Wasserstoff abgetrennt ist, kann er sicher vom Propan weg verbrannt werden, wobei der Reaktor ausreichend erhitzt wird, um die Reaktionen zu beschleunigen, ohne dass unerwünschte Verbindungen entstehen.
Diese Trennung wird durch die verschachtelten Hohlfasermembranrohre des Reaktors erreicht. Das innerste Rohr besteht aus Materialien, die das Propan in Propylen und Wasserstoffgas aufspalten. Während die Rohre den größten Teil des Propylens in der innersten Kammer halten, kann das Wasserstoffgas durch Poren in einer Membranschicht des Materials in eine äußere Kammer entweichen. In dieser Kammer wird das Wasserstoffgas kontrolliert verbrannt, indem genaue Mengen an Sauerstoff beigemischt werden.
Da der Wasserstoff innerhalb des Reaktors verbrannt werden kann und unter höherem Propandruck betrieben werden kann, könnte die Technologie es Anlagen ermöglichen, Propylen aus Erdgas zu produzieren, ohne zusätzliche Heizungen zu installieren. Eine Anlage, die jährlich 500.000 Tonnen Propylen produziert, könnte nach Schätzungen der Forscher bis zu 23,5 Millionen Dollar im Vergleich zu anderen Methoden einsparen, die mit Schiefergas beginnen. Diese Einsparungen kommen zu den betrieblichen Einsparungen hinzu, die sich aus der Verbrennung des bei der Reaktion erzeugten Wasserstoffs anstelle anderer Brennstoffe ergeben.
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