--Analyse der Technologierouten für Aromaten (Teil 2)

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--Analyse der Technologierouten für Aromaten (Teil 2) Autor/Quelle: Datum: 26.08.2016 Klickzahlen: 8 Um das Defizit auf dem Markt für Aromaten auszugleichen, richtet die Branche ihren Blick nicht nur auf den Ölweg, sondern auch auf den Kohleweg – außerdem wird auch der Weg über Biomasse in Betracht gezogen. In der Technologie-Roadmap der Schwerpunktbereiche, wie sie in „Made in China 2025“ dargelegt wird, wird ausdrücklich gefordert, im Bereich der Polymermaterialien insbesondere bei der Synthese biobasierter Aromaten Fortschritte zu erzielen. Auf der im Mittel August abgeschlossenen Konferenz zur Entwicklung der Aromatenindustrie in China im Jahr 2016 lobten die anwesenden Experten ausdrücklich den Ansatz, Aromate aus Biomasse herzustellen. Aber was die Zukunft betrifft, lässt sich ihre Einstellung in einem Satz zusammenfassen: Der Weg ist lang und schwierig, doch wer weitergeht, wird sein Ziel erreichen. Inländisch: Neue Verfahren zeigen erst jetzt ihre Wirkung. „Die jährlich in unserem Land anfallenden Hausmüll- und Strohmengen haben das Potenzial, jährlich 170 Millionen Tonnen Benzin, Diesel und Aromaten zu erzeugen.“ ”Professor Wang Hualin von der Ostchinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie skizzierte die Perspektiven der biologischen Herstellung von Aromaten. Diese Zahlen stammen nicht aus dem Nichts, sondern basieren auf einem neuen Verfahren zur Herstellung von Aromaten aus Biomasse, das sie erforschen. Es handelt sich dabei um ein technisches Verfahren, bei dem die Ölverarbeitung mit der chemischen und biokatalytischen Industrie kombiniert wird. Genauer gesagt nutzt dieser Ansatz abgelegte Strohmassen sowie mineralisierte Haushaltsabfälle, um Benzin, Diesel und Aromaten herzustellen. Unter mineralisiertem Haushaltsmüll versteht man Abfälle, die nach mehrjährigem Vergraben bereits verfestigt sind. Laut Wang Hualin können aus 6 Tonnen Stroh 1 Tonne Benzin, Diesel und Aromaten gewonnen werden. In unserem Land werden jährlich mehr als 700 Millionen Tonnen Stroh produziert – das entspricht einer Menge an Benzin, Diesel und Aromaten von mehr als 100 Millionen Tonnen. Gleichzeitig entstehen in unserem Land jährlich etwa 300 Millionen Tonnen städtischer Abfall, wovon etwa 70 Millionen Tonnen aus Benzin, Diesel und Aromaten bestehen. Es ist äußerst zufällig, dass die Verteilung der städtischen Abfälle in unserem Land gut mit der Verteilung der Raffinerien übereinstimmt. Dadurch wird es möglich, Technologien zur Kombination von Ölraffination und chemischer/chemisch-biotechnologischer Industrie einzusetzen. “Die Prozessvorstellung zur gleichzeitigen Herstellung von Benzin, Diesel und Aromaten durch Pyrolyse und Hydrogenierung von Stroh besteht darin, dass Stroh sowie Hausmüll durch molekulare Bearbeitung sowie gezielte Umwandlung verarbeitet werden. Dabei wird die Ligninsubstanz durch Hydrogenolyse und Deoxidation in Rohstoffe für Aromate umgewandelt, während Zellulose und Hemicellulose durch Hydrogenolyse und Deoxidation in Rohstoffe für Benzin und Diesel umgewandelt werden. ”Sagte Wang Hualin. Auf dieser Grundlage haben Forscher zwei Anlagen entwickelt. Eine davon dient dazu, Stroh durch Zersetzung und Hydrierung in Rohstoffe umzuwandeln, aus denen Benzin, Diesel sowie Aromaten hergestellt werden können. Derzeit wurde bereits eine Pilotanlage mit einer Kapazität von 3 Tonnen pro Stunde gebaut. Diese Anlage ähnelt den katalytischen Zerkleinerungsanlagen, die in der Ölverarbeitungs- und Chemieindustrie verwendet werden ； Ein weiteres ist ein Pilotanlage für Hydrogenierung und Deoxidation mit Schwingbett-Technologie sowie für Hydrogenisierungsreinigung mit Festbett-Technologie, die von einem Unternehmen in Henan gebaut wurde. Die Ergebnisse der Pilotversuche zeigen, dass die Bestandteile des aus Biomasse gewonnenen Pyrolyseöls (Holztauer) aus Alkanen, Aromaten, Olefinen und Phenolen bestehen. Nach der Aufbereitung durch Hydrogenierung enthalten das Hydrogenierungsöl 46,44 % Aromate, 35,09 % Alkane sowie 8,56 % Phenole. Durch weitere Verarbeitung kann aus diesen Stoffen weiterhin Methanolkraftstoff hergestellt werden, während durch Hydrocracking Benzin und Diesel erzeugt werden können. Branchenexperten zufolge befindet sich die Forschung und Entwicklung von Verfahren zur Herstellung von Aromaten aus Biomasse im Inland insgesamt noch in einer Anfangsphase. Im Ausland: Die Industrialisierung ist bereits im Gange. Im Vergleich zum Inland gibt es im Ausland mehr Unternehmen, die an Forschung und Entwicklung sowie an der Industrialisierung beteiligt sind. Zudem beginnt dort die Forschungstätigkeit bereits früher. Nach Informationen der Journalisten sind einige der aus Biomasse hergestellten Aromaten, an denen ausländische Unternehmen arbeiten, bereits in kleinem Maßstab kommerziell produziert werden. Die Fortschritte der University of Massachusetts in den USA bei der Entwicklung eines einstufigen Herstellungsverfahrens zur Erzeugung von Aromaten aus zellulosebasiertem Biomasse haben große Aufmerksamkeit in der Branche hervorgerufen. Sie entwickelten einen Prozess zur Umwandlung von Biomasse in Aromaten und gründeten das Unternehmen Anellotech, um diesen Prozess in die industrielle Produktion zu bringen. Diese Technologie basiert auf einem katalytischen Prozess der schnellen thermischen Zersetzung: In einem Fluidisierbettreaktor wird die Biomasse schnell erhitzt, wodurch Oxide entstehen. Anschließend werden diese Verbindungen mithilfe spezieller Zeolithkatalysatoren in chemisch reine Aromaten umgewandelt. Im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Aromaten aus Erdöl ist diese Technologie kostengünstiger. Im Januar dieses Jahres führte das Unternehmen Anellotech die Industrialisierung dieser Technologie durch. Nach ihren Schätzungen hat diese Technologie einen kostentechnischen Vorteil, wenn der Ölpreis über 60 US-Dollar pro Fass liegt. In der Branche wird allgemein angenommen, dass bei den derzeit verfügbaren Wegen zur Herstellung von biologischen Aromaten das Verfahren von Anellotech zur Herstellung von Aromaten durch Pyrolyse von Biomasse die kostengünstigste und wirtschaftlichste Methode ist. Das von dem amerikanischen Unternehmen Virent in Zusammenarbeit mit der University of Wisconsin-Madison entwickelte BioForming-Verfahren weist aufgrund der Möglichkeit, es in bestehenden Raffinerieanlagen umzusetzen, erhebliche Investitionsvorteile auf. Bei diesem Verfahren wird Zucker als Rohstoff verwendet. Dabei werden pflanzliche Fasern hydrolysiert und mit traditionellen katalytischen Hydrogenierungstechniken kombiniert. Auf diese Weise können aus pflanzlichen Zuckern gemischte Aromaten entstehen, die Phenol, Toluol und Xylen enthalten. Diese können anschließend weiterverarbeitet werden, um P-Xylen herzustellen. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass durch die Kombination der Flüssigphasen-Reformierungstechnologie (APR) mit traditionellen Methoden wie katalytischer Hydrogenierung und Kondensation, die Reaktoranlagen auf der Grundlage bestehender Raffinerieanlagen umgebaut werden können. Die Investitionskosten pro Gallon des Produkts liegen dabei bei nur 1,75 bis 3 US-Dollar ； Die Nebenprodukte in Form von Olefinen können sowohl als Nebenprodukte genutzt als auch zur Energieversorgung der Anlage verwendet werden – wodurch eine gute Wirtschaftlichkeit erreicht wird. Im Gegensatz zur direkten Umwandlung von Biomasse in Aromaten haben einige Hersteller in den letzten Jahren einen anderen Weg eingeschlagen: Zunächst wird die Biomasse mithilfe etablierter Verfahren in organische Chemikalien mit geringerem Mehrwert umgewandelt, anschließend werden diese biobasierten Chemikalien in Aromatprodukte mit höherem Mehrwert umgewandelt. Dabei ist das von dem amerikanischen Unternehmen Gevo entwickelte GIFT-Verfahren am repräsentativsten – bei diesem Verfahren werden Alkohole aus nachwachsenden Rohstoffen durch Fermentation hergestellt. Bei der GIFT-Technologie wird zunächst die Biomasse in Isobutanol umgewandelt, anschließend entsteht durch eine Dehydrierungsreaktion Isobuten. Dabei liegt die Umwandlungsrate von Isobutanol bei über 99% ； Das entstandene Isobuten wird in einem Polymerisierungsreaktor zu C8-Olefinen umgewandelt ； C8-Olefine werden durch Dehydrierung und Cyclisierung zu PX-Produkten umgewandelt, wobei die Selektivität für PX über 75 % und die Reinheit bei 99 % liegt. Die Firma Gevo hat in Zusammenarbeit mit dem japanischen Unternehmen Toray Industries Anlagen zur industriellen Produktion errichtet. Der größte Vorteil dieses Verfahrens ist die direkte Herstellung von PX in hoher Reinheit unter milden Bedingungen – dadurch entfallen komplexe Verarbeitungsschritte wie Isomerisierung oder Trennung der Aromaten. Der Produktionsprozess ist somit relativ einfach. Engpass: Rohstoffe, Katalysatoren, Reaktoren. Aus Interviews mit Fachleuten geht hervor, dass bei der Entwicklung von Wegen zur Herstellung von Aromaten aus Biomasse – sowohl im Inland als auch im Ausland – zwar vielversprechende Perspektiven bestehen und bereits erhebliche Fortschritte erzielt wurden, doch die überwiegende Mehrheit dieser Ansätze befindet sich noch in der Entwicklungsphase. Auch wenn in einigen Fällen bereits eine kleine industrielle Produktion möglich ist, besteht im Vergleich zur herkömmlichen Ölproduktion immer noch ein erheblicher Unterschied hinsichtlich der Skaleneffekte. Zudem gibt es viele potenzielle Probleme, die dringend gelöst werden müssen. Zunächst war die stabile Versorgung mit Biomasse-Rohstoffen stets eine Herausforderung bei der Entwicklung der Biokatalyse – und das gilt auch für biologische Aromaten. Die Biomasse-Rohstoffe sind in großen Mengen vorhanden, aber verstreut, und ihre Zusammensetzung ist komplex. Um die Produktion von Aromaten durch biologische Verfahren auf größere Skalen zu bringen, ist eine ausreichende und stabile Versorgung mit Rohstoffen notwendig. Angesichts des derzeitigen Niveaus der Landwirtschaft in unserem Land erfordert die Lösung dieses Problems eine Zusammenarbeit aus verschiedenen Bereichen, um ein vernünftiges und praktikables Modell zu finden. Zweitens stellen die Katalysatoren sowie Reaktoren, die bei der thermischen Zersetzung und Hydrolyse in vielen Verfahren zur Herstellung von Aromaten aus Biomasse verwendet werden, ebenfalls ein Problem dar. Auf der Konferenz sagten Vertreter gegenüber den Journalisten, dass sie zwar auch an der Herstellung von Aromaten aus Biomasse interessiert seien, doch die Umwandlungsrate sowie die Reinheit der Produkte bei den aktuellen Verfahren zu gering seien, wodurch es schwierig sei, mit den Methoden auf Basis von Öl konkurrieren zu können. Um diese beiden Indikatoren zu verbessern, sind Fortschritte in der Entwicklung entsprechender Katalysatoren und Reaktoren erforderlich. Allerdings sind auch einige Experten der Ansicht, dass es eine gute Möglichkeit darstellt, wie es die Ostchinesische Universität für Wissenschaft und Technologie tut, Biotechnologie mit der traditionellen Raffinerie- und Chemieproduktion zu verbinden. Es ist lohnenswert, von den vorhandenen Pyrolyseanlagen aus Biomasse als Rohstoff zu nutzen, um teilweise fossile Ressourcen bei der Herstellung von Aromaten zu ersetzen.