Aufbau und Betrieb eines Labor-Reaktors zur katalytischen Kohlendioxid-Fixierung in chemischen Rohstoffen

Abstract

Entsprechend den Vorgaben der EU-Kommission und der Bundesregierung soll Österreich bis 2050 bzw. 2040 „CO2-neutral“ werden. Um diesem ambitionierten Ziel näher zu kommen und den anthropogenen Treibhauseffekt zu begrenzen, bestehen für Umwelttechniker im Wesentlichen drei Handlungsfelder: die Öffentlichkeit zu einer ökologischeren bzw. CO2-ärmeren Lebensweise zu motivieren, industrielle Prozesse und Verfahren so zu optimieren, dass weniger CO2 emittiert wird oder bereits freigesetztes CO2 technisch zu fixieren. Diese Arbeit befasst sich mit der katalytischen Fixierung von CO2 in EtOH (Ethanol). Das dabei entstehende Diethylcarbonat (DEC) ist wirtschaftlich wertvoller als Ethanol und erfreut sich aufgrund seines vielseitigen industriellen Einsatzpotenzials zunehmender Nachfrage. Im Rahmen eines von der WAW geförderten Projekts wurde gemeinsam mit dem Projektpartner „kleinkraft OG“ ein Versuchsstand zur DEC-Synthese aufgebaut und die Versuchsdurchführung schrittweise optimiert. Zentrales Element war ein Hochdruckreaktor, der mit zwei eigens entwickelten Katalysatorkörben für Molekularsiebschüttungen betrieben wurde. In umfangreichen Versuchsreihen wurden die Prozessparameter Druck, Reaktionszeit und Eduktmengenverhältnis sowie verschiedene Katalysatoren variiert. Die erzielten Produktausbeuten und Produktqualitäten wurden analysiert, anschließend ausgewertet und mit Literaturwerten verglichen.

According to the targets set by the European Commission and the Austrian government, Austria aims to become “CO2-neutral” by 2050 and 2040, respectively. To move closer to this ambitious goal and to limit the anthropogenic greenhouse effect, environmental engineers essentially have three fields of action: motivating the public to adopt a more ecological or CO2-reduced lifestyle, optimizing industrial processes and procedures to emit less CO2, or technically binding CO2 that has already been emitted. This work focuses on the catalytic fixation of CO2 in ethanol. The resulting product, diethyl carbonate (DEC), is economically more valuable than EtOH (ethanol) and enjoys increasing demand due to its versatile industrial applications. As part of a project funded by WAW, a test rig for DEC synthesis was built and the experimental procedure gradually optimized in collaboration with the project partner “kleinkraft OG.” The central component was a high-pressure reactor operated with two specially developed catalyst baskets filled with molecular sieve pellets. In extensive test series, the process parameters pressure, reaction time, and reactant ratio, as well as various catalysts, were varied. The resulting product yields and product qualities were analyzed, subsequently evaluated, and compared with literature data.