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ePaper created 2017-03-14, 09:55:24 | version 1.49.03
CHEMIE UND PROZESSINDUSTRIE 3 CH4 Methan 1 CO2 Kohlenstoff- dioxid 2 H2O Wasser Verbrennungsenthalpie Methan: (cid:331)(cid:27)(cid:28)(cid:19)(cid:15)(cid:23) k(cid:45) (cid:18) (cid:48)ol (cid:32)(cid:33) (cid:331)(cid:21)(cid:25)(cid:26)(cid:20)(cid:15)(cid:21) k(cid:45) 1 Chemokatalyse im Membran- reaktor bzw. im Rohrreaktor 8 CH2O Formaldehyd 4 H2O Wasser Enzym - reaktor Stoff- trennung 4 CH3OH Methanol 4 HCOOH Ameisensäure eventuell Reaktion zu 4 H2 + 4 CO2 Verbrennungsenthalpie Methanol: (cid:331)(cid:26)(cid:21)(cid:25)(cid:15)(cid:23) k(cid:45) (cid:18) (cid:48)ol (cid:32)(cid:33) (cid:331)(cid:21)(cid:28)(cid:19)(cid:24)(cid:15)(cid:25) k(cid:45) STOFFLICHE NUTZUNG VON METHAN ZUR HERSTELLUNG VON PLATTFORMCHEMIKALIEN Mat thias Stier, Dieter Br y niok Alternative Nutzung von Biogas Methan ist der Hauptbestandteil von Biogas. Dieses wird heu- te zum überwiegenden Teil als Energieträger zur Produktion von Wärme und Strom genutzt. Die energetische Nutzung von Biogas ist efizient, wenn die Wärme das ganze Jahr über sinnvoll genutzt wird, was aber nicht bei allen Biogasanlagen der Fall ist. Daher wird seit langem an Möglichkeiten einer stoflichen Nutzung des enthaltenen Methans geforscht. Da- mit leistet das Fraunhofer IGB einen wichtigen Beitrag für den Übergang zu einer biobasierten Produktion. Kombination von chemokatalytischer und enzymatischer Umsetzung Im Verbundprojekt »Enzymatisch-chemokatalytische Oxidati- onskaskaden in der Gasphase – ECOX« wurden, gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Katalyse LIKAT in Rostock sowie der Martin-Luther-Universität in Halle, die Grundlagen für Verfahren zur Umsetzung gasförmiger Substrate gelegt. Der Projektpartner LIKAT entwickelte einen chemischen Katalysator zur Umsetzung von Biogas zu Formaldehyd [1, 2]. Die zur Umsetzung des Formaldehyds notwendigen enzyma- tischen Prozesse entwickelte das Fraunhofer IGB. Durch eine Formaldehyd-Dismutase aus Pseudomonas sp. gelang dabei die Herstellung von Methanol und Ameisensäure aus Formal- dehyd. Die im Enzymreaktor entstehende Ameisensäure kann als Wertstoff genutzt oder in den chemokatalytischen Prozess zurückgeführt werden. Außerdem ist die Nutzung des Verfah- rens zur Herstellung von Methylformiat denkbar. Dieses ent- steht in wässriger Lösung spontan aus Methanol und Amei- sensäure – bisher allerdings nur in geringen Konzentrationen. Der Projektpartner LIKAT will diesen Ansatz weiterverfolgen 8 0 und in Zukunft auch chemokatalytische Prozesse für eine sol- che Herstellungsweise von Methylformiat entwickeln. Entwicklung von Membranreaktoren Für die wirtschaftliche Umsetzung von Methan zu chemi- schen oder pharmazeutischen Wertstoffen bedarf es der Entwicklung spezieller Reaktorkonzepte, beispielsweise für Membranbioreaktoren. Diese ermöglichen es, die entstehen- den Produkte kontinuierlich aus dem Reaktionsgemisch aus- zuschleusen und somit die Herstellung mit der Aufarbeitung zu verbinden. Das Ziel ist, eine effektive stofliche Verwertung von Methan durch aerobe methanotrophe Mikroorganismen zu ermöglichen [3]. Die die Reaktionen im Reaktor kennzeichnenden Stoffda- ten, wie etwa die Löslichkeit von Methan in Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken, können mit dem neuen foxySPEC-Massenspektrometer, das von den Fraunhofer-Instituten ICT und IGB gemeinsam entwickelt wurde, simultan aufgezeichnet werden. Dieses verfügt über einen modiizierten Membraneinlass, der es erstmals ermög- licht, gleichzeitig bis zu 30 verschiedene lüchtige Bestandteile sowohl aus der Gasphase als auch aus der Flüssigphase in Echtzeit zu messen. Auf der Basis der so erhobenen Daten lassen sich Parameter ableiten, die im Rahmen einer computergestützten Simulation die Optimierung der Bauform des Reaktors möglich machen. Derzeit entwickelt das Fraunhofer IGB auf diese Weise Bio- reaktoren, die für alle Verfahren der aeroben biotechnischen Umsetzung gasförmiger Substrate einsetzbar sind.