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Erhöhung der Wertschöpfung aus biogenen Rohstoffen durch selektive Hydrierung von biobasierten Plattformchemikalien

Um die stoffliche Wertschöpfung aus Biomasse, dem einzigen nachwachsenden Kohlenstoffträger, im Hinblick auf die Herstellung von Bulkchemikalien zu erhöhen, sollen im beantragten Forschungsprojekt aus Biomasse gewonnene Sekundärenergieträger durch Hydrierung in höherwertigere Plattformchemikalien umgewandelt werden. Hierfür sollen Ameisensäure aus dem Erlanger OxFA-Prozess, Essigsäure aus einer thermo-chemischen oder enzymatischen Umsetzung von Biomasse sowie Glycerin als Nebenprodukt der Biodieselherstellung in Kombination mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff aus einer Wasser-Elektrolyse zu Biomethanol, Bioethanol oder Propandiol umgewandelt werden. Als selektive Hydrierkatalysatoren zur Herstellung dieser biogenen Alkohole sollen maßgeschneiderte Polyoxometallat-Strukturen eingesetzt werden.

Schema 1 zeigt die jeweiligen Reaktionspfade zur Herstellung biogener Alkohole aus verschiedenen Biomassefraktionen. Hierbei soll in einem ersten Reaktionspfad biogene Essigsäure aus Kohlenhydraten selektiv zu Bioethanol hydriert werden. Das auf diesem Wege erzeugte Ethanol wäre dann ausschließlich mit Hilfe von regenerativ erzeugtem Überschussstrom und Biomasse vollständig nachhaltig hergestellt und kann als Bioethanol bezeichnet werden.

Ausgehend von Triglyceriden aus Energiepflanzen wie Raps oder Sonnenblumen wird heutzutage großtechnisch Biodiesel hergestellt. Dies geschieht durch eine Umesterung von meist pflanzlichen Ölen mit Methanol. Als Nebenprodukt fällt Glycerin an. Die selektive katalytische Hydrierung mit Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser mit regenerativ erzeugtem Überschussstrom stellt eine vielversprechende Perspektive zur stofflichen Wertschöpfung aus Glycerin dar. Propandiole sind industriell interessante Rohstoffe. Sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen wie der Nahrungsmittelindustrie, als Lösungsmittel für Farbstoffe und Aromen, als Feuchthaltemittel für Tabak, in Kosmetika, als Bestandteil von Brems- und hydraulischen Flüssigkeiten, Frostschutzmitteln, Schmiermitteln in Kältemaschinen, als Lösungsmittel für Fette, Öle, Harze, Wachse, Farbstoffe usw. verwendet. Ausgehend von biogener Ameisensäure soll eine weitere homogene Hydrierung mit regenerativem Wasserstoff zu Biomethanol erfolgen.

Dieses Projekt wird seit Juli 2016 durch eine Anschubfinanzierung des Universitätsbundes der FAU Erlangen-Nürnberg gefördert.