FlexibleWandlung von CO2 und EE-H2 zu Mitteldestillat- Komponenten durch Fischer-Tropsch-Synthese in Mikroreaktoren mit Hilfe neuartiger Fe-Katalysatoren (MikroFe)

Das Vorhaben befasste sich mit der klimaneutralen Herstellung von Mitteldestillatkomponenten (v.a. Kerosin, Diesel und Heizöl) mit Hilfe der Fischer-Tropsch-Synthese. Das Konzept sieht die Bereitstellung von CO und CO2 aus Biomasse, aus Verbrennungsabgasen oder Luft vor. Der Wasserstoff wird durch Wasser-Elektrolyse bezogen, welche mit „regenerativem“ Strom betrieben wird. Im Vordergrund der durchgeführten Arbeiten stand die direkte Umsetzung von CO2 mit Wasserstoff an Fe-Katalysatoren, wodurch sich der verfolgte Ansatz deutlich vom etablierten Verfahren der Fischer-Tropsch-Synthese mit CO als Ausgangsstoff abgrenzt. Die Entwicklung der Fe-Katalysatoren war erforderlich, da die bekannten Cobalt-Katalysatoren gegenüber CO2 nicht stabil sind und Eisen aufgrund seiner Wassergas-Shift-Aktivität flexible Feed-Zusammensetzungen zulässt. Dazu wurden im ersten Schritt neuartige Fe-Katalysatoren für die CO2-basierte Fischer-Tropsch-Synthese entwickelt. Hierbei konnten zahlreiche wissenschaftlich-technische Erkenntnisse wie die Verwendung von Alkali-Promotoren oder die Temperaturführung bei reiner CO2-Nutzung gewonnen werden. Die besten zwei Katalysatoren wurden für vertiefende Untersuchungen zur Optimierung sowie für Tests zum Wechsel der Betriebsbedingungen aufskaliert. Der beste Versuchspunkt bei 350 °C, 25 bar und einem molaren H2/CO2-Verhältnis von 3:1 führte mit einem Na-promotiertem Fe2O3-Katalysator zu einer Selektivität der Produktfraktion C10-C20 von 10 wt.% bei einem CO2-Umsatz von 45 %. Durch Recycling des nicht umgesetzten Eduktstroms konnte ein CO2-Umsatz bis zu 81 % (R=8) bei nahezu gleichbleibender Mitteldestillat-Selektivität erreicht werden. Zur technologischen Bewertung des Verfahrens wurde eine beispielhafte Anwendung des hergestellten Mitteldestillats als Flugturbinenkraftstoff mit Nachweis der Erfüllung der Anforderungen (ASTMD4054 – 20a) aufgezeigt.

Das IGF-Vorhaben 01IF21307N wurde im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.