Synthese von Dimethylcarbonat aus erneuerbaren Rohstoffen

Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts, der zu einem großen Teil durch CO₂-Emissionen bedingt ist. Um die Emissionen durch Verbrennen von fossilen Brennstoffen zu senken, müssen erneuerbare Verfahren zur Synthese von additiven Kraftstoffen entwickelt und getestet werden. Ein attraktives Kraftstoffadditiv ist Dimethylcarbonat (DMC), da es rußarm verbrennt. DMC ist eine Flüssigkeit mit geringem Gefahrenpotential und hoher volumetrischer Energiedichte. Im Rahmen dieses Projekts wird die Synthese von DMC aus biomassestämmigen Ausgangsstoffen untersucht. Dabei werden zwei Syntheserouten genauer betrachtet, welche in Abbildung 1 veranschaulicht sind.

Abbildung 1: Syntheserouten von DMC aus Biomasse

Als Ausgangsstoffe zur DMC-Synthese dienen Methylformiat und Methanol, welche im Rahmen des OxFA-Prozesses zuvor aus der oxidativen Umsetzung von zuckerhaltiger Biomasse gewonnen wurden [1]. Die Synthese von DMC erfolgt in einem oxidativen Schritt unter Nutzung von Sauerstoff oder Luft. Neben Entwicklung hochaktiver und selektiver Katalysatoren gilt es hierbei Konzepte zur effizienten Wärmeabfuhr unter Berücksichtigung der hohen Sicherheitsanforderungen der exothermen Reaktion zu entwickeln.

In einem alternativen Verfahren wird die Reaktion von Methanol mit CO₂ zu DMC und Wasser durchgeführt. Hierbei wird biomassestämmiges CO₂ genutzt und in ein Wertprodukt umgewandelt. Da CO₂ jedoch unter normalen Bedingungen thermodynamisch stabil ist, werden bei dieser Reaktion Gleichgewichtsumsätze < 5 % erzielt [2]. Durch die integrierte Entfernung des Koppelprodukts Wasser mithilfe geeigneter Trocknungsmittel lässt sich das thermodynamische Gleichgewicht weiter in Richtung der Produkte verschieben.

Die Verfahren zur Synthese von erneuerbaren Kraftstoffadditiven aus biomassestämmigen Rohstoffen werden im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung miteinander verglichen. Das Projekt erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz Institut Erlangen-Nürnberg (HIERN) und wird gefördert vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Energie und Technologie (StMWi).

[1] Maerten, Stephanie; Kumpidet, Chiraphat; Voß, Dorothea; Bukowski, Anna; Wasserscheid, Peter; Albert, Jakob (2020): Glucose oxidation to formic acid and methyl formate in perfect selectivity. In: Green Chem. 22 (13), S. 4311–4320. DOI: 10.1039/D0GC01169J.

[2] Zhang, Meng; Xu, Yonghang; Williams, Brandon L.; Xiao, Min; Wang, Shuanjin; Han, Dongmei et al. (2021): Catalytic materials for direct synthesis of dimethyl carbonate (DMC) from CO2. In: Journal of Cleaner Production 279, S. 123344. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.123344.