Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung eines katalytischen Gesamtprozesses zur Nutzung von zu Synthesegas aufbereitetem Kuppelgas aus einem Stahlwerk zur anschließenden, direkten Umsetzung zu kurzkettigen Alkoholen. Die Verwendung der Alkohole als Treibstoffe sowie als Ausgangspunkt für andere Chemiebausteine reduziert den Primärrohstoffverbrauch. Zum einen werden konventionelle Rohstoffquellen wie Erdgas zur Bereitstellung von Synthesegas durch Kuppelgase ersetzt. Zum anderen wird durch die Fixierung von Kohlenstoff in den verwertbaren Produkten der spezifische CO2 Ausstoß des Stahlwerks reduziert. Der Einsatz der so hergestellten Alkohole als Treibstoffe führt zu einer Substitution der entsprechenden Menge konventionellen Treibstoffs und damit auch der entsprechenden Menge Rohöl. Am LTC erfolgen Untersuchungen zur heterogen katalysierten Umsetzung von Synthesegas zu C2+-Alkoholen. Für diese Reaktion soll ein geeignetes Katalysatorsystem identifiziert und optimiert werden. Dabei wird die Katalysatorentwicklung durch umfangreiche Charakterisierung und Screening der Materialien unterstützt. Zudem sollen weiterführende kinetische Untersuchungen durchgeführt werden, um zugrundeliegende Mechanismen aufzuklären und Daten für die weitere Modellierung am LEAT bereitzustellen. Am LEAT werden aufbauend auf einem makrokinetischen Reaktionsmodell die Technikumsanlagen der Verbundpartner numerisch simuliert (CFD). Die Ergebnisse dienen der Auslegung vor dem Hintergrund der Temperaturkontrolle in den verschiedenen Laboranlagen. Zugleich werden das Reaktionsmodell und die Reaktormodelle auf Basis der generierten Messdaten überprüft, erweitert und optimiert. Anschließend erfolgt die Auslegung der Reaktoren von großtechnischem Maßstab auf Basis dieser Modelle. In Zusammenarbeit mit TKIS wird die Verfahrenskette von der Gasaufbereitung bis zur Reaktion und Produktaufbereitung ausgelegt und mit einer Prozesssimulationssoftware abgebildet.
Die bei der Herstellung von Stahl anfallenden sogenannten 'Kuppelgase' sind reich an Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen eine alternative Kohlenstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Sie bilden eine potentielle Quelle für Synthesegas und können damit einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der Emission von Klimagasen eines Stahlwerkes beitragen. Im Rahmen dieses Vorhaben sollen diese Kuppelgase zu C2+-Alkoholen umgewandelt werden. Diese können sowohl direkt als Treibstoff wie auch als Ausgangspunkt für andere Chemiebausteine genutzt werden. Durch die Synergie zwischen Stahlindustrie und chemischer Industrie kann somit durch Fixierung von Kohlenstoff in den verwertbaren Produkten der spezifische CO2-Ausstoß des Stahlwerkes reduziert werden. Der zentrale Punkt des Vorhabens ist die Entwicklung eines maßgeschneiderten homogenen Katalysators zur Verarbeitung von CO/CO2/H2 aus Kuppelgasen zu kurzkettigen C2+-Alkoholen. Die homogen katalysierte Umsetzung erfolgt in der Flüssigphase und schließt folgende Aspekte ein: a) Modifikation von CO2-Hydrierkatalysatoren zur direkten Umsetzung von CO/CO2/H2 zu C2+ Alkoholen b) Parallele Entwicklung eines molekularen Katalysatorsystems, welches in der Flüssigphase die Carbonylierung von Methanol mit der Hydrierung der entstehenden Carbonsäuren kombiniert und damit die direkte Homologisierung ermöglicht. c) Zudem sollen im Rahmen des Projektes unterschiedliche reaktionstechnische Konzepte (loop Reaktor, Mehrphasenkatalyse, Katalysatorimmobilisierung) für die Durchführung der Flüssigphasenreaktionen evaluiert und für den aussichtsreichten Fall demonstriert werden.