Reaktionstechnische Untersuchungen zur eisenkatalysierten CO2-Fischer-Tropsch-Synthese unter überkritischen Bedingungen

Eines der großen Probleme der Energiewende ist die Speicherung der überschüssigen elektrischen Energie aus Windkraft und Photovoltaik. In diesem Zusammenhang gewinnen chemische Speichertechnologien immer mehr an Bedeutung, da nur mit ihrer Hilfe großen Mengen an Überschussstrom gespeichert werden können. Flüssige Kohlenwasserstoffe wie Diesel stellen hierbei die Energieform mit der höchsten Energiedichte dar und sind daher anderen chemischen Energieträgern (Wasserstoff) vorzuziehen. Zusätzlich weisen flüssige Kohlenwasserstoffe einfache und sichere Speicher- und Transporteigenschaften in einer bestehenden Infrastruktur auf. Mit der Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen kann zudem die Nachfrage an flüssigen Treibstoffen im Bereich des Flug- Schiff- und Schwerlast-Verkehrs gedeckt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der Entwicklung geeigneter Katalysatoren auf Eisen-Basis für die CO2-Fischer-Tropsch-Synthese unter überkritischen Bedingungen. Hierzu wurden heterogene Katalysatoren präpariert und ein Katalysator-Screening in diskontinuierlicher Fahrweise durchgeführt. Geeignete Katalysatoren wurden anschließend in eine kontinuierliche Labor-Versuchsanlage getestet. Aus den Ergebnissen wurde ein Verfahrensvorschlag erstellt, der die Realisierbarkeit dieses Konzeptes wiedergegeben soll. Zu den Vorteilen der Umsetzung unter überkritischen Bedingungen im Vergleich zu Gasphasenreaktionen zählen zum einen die Realisierung hohe Raum-Zeit-Ausbeuten sowie zum anderen der Einsatz von kleineren Apparaturen bei der Verfahrensauslegung, wodurch die Investitionskosten reduziert werden können.

One of the major problems of the German “Energiewende” is the storage of excess electricity from wind and solar power. In this context, chemical storage technologies are becoming increasingly important as they can only be used to store large amounts of excess electricity. Liquid hydrocarbons such as diesel represent the energy form with the highest energy density and are therefore to be preferred to other chemical energy sources (hydrogen). In addition, liquid hydrocarbons can be transported safely in an existing infrastructure. The production of liquid hydrocarbons can also cover the demand of liquid fuels in transport sector for aircrafts, ships and trucks. The present work deals with the development of suitable iron-based catalysts for the CO2-Fischer-Tropsch synthesis under supercritical conditions. For this purpose, heterogeneous catalysts were prepared and catalyst screening was carried out in discontinuous operation mode. Suitable catalysts were then tested in a continuous laboratory test facility. From the results, a process proposal was made to reflect the feasibility of this concept. The advantages of the reaction under supercritical conditions compared to gas-phase reactions include the realization of high space-time yields, on the one hand, and the use of smaller apparatuses in the process design, on the other hand. Thus investment costs can be reduced.