Reaktionstechnische Untersuchungen zur heterogen katalysierten Methanol-Synthese aus CO2

Methanol, als eines der wichtigsten Zwischenprodukte der chemischen Industrie, kann zukünftig eine Schlüsselkomponente im nachhaltigen Energiewandel und dem Recycling von CO2 darstellen. Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften bietet es weite Vorteile gegenüber anderen gasförmigen Energiespeichern, wie Wasserstoff oder Methan, da bereits eine Infrastruktur zur stofflichen Nutzung vorhanden ist. Die Umstellung der konventionellen, synthesegasbasierten Methanol-Herstellung (H2:CO = 2:1) auf reines CO2 als Kohlenstoffquelle erfordert durch die ungünstigere Lage des Gleichgewichts der CO2-Hydrierung bei tiefen Temperaturen hochaktive Katalysatoren. Eine Möglichkeit die thermodynamische Limitierung zu umgehen, ist eine in-situ-Phasenseparation. Durch die Bildung einer flüssigen Phase aus Methanol und Wasser werden die Produkte dem Gleichgewicht entzogen, wodurch ein nahezu vollständiger Umsatz möglich ist. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Präparation eines möglichst aktiven Katalysators, der als Modellkatalysator für die Untersuchung von Umsatz und Selektivität in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Belastung in der Methanol-Synthese aus CO2 dienen sollte. Zudem wurde der Ansatz der in-situ-Phasenseparation experimentell bewiesen.

In the future Methanol, as one of the most important intermediates of the chemical industry, can be a key component in the sustainable energy transition and the recycling of CO2. Due to its physical properties, it offers wide advantages over other gaseous energy storage systems, such as hydrogen or methane, since an infrastructure for material use is already in place. The conversion of conventional methanol production based on synthesis gas (H2:CO = 2:1) to pure CO2 as carbon source requires highly active catalysts at low temperatures due to the less favorable equilibrium of CO2 hydrogenation. One way to circumvent the thermodynamic limitation is an in-situ phase separation. By forming a liquid phase of methanol and water the products are removed from equilibrium, allowing almost complete conversion. The present work deals with the preparation of an active catalyst, which should serve as a model catalyst for the study of conversion and selectivity as a function of pressure, temperature and loading in methanol synthesis from CO2. In addition, the approach of in-situ phase separation was experimentally proven.