Nikotinsaeure hat in der chemischen Industrie eine bedeutende Stellung. Die Nikotinsaeure ist das Provitamin zum Nikotinsaeureamid und hat die gleiche biologische Aktivitaet. Sie wird als Zusatzstoff in Nahrungs- und Futtermitteln eingesetzt. Ein herkoemmliches Verfahren zur Herstellung von Nikotinsaeure ist die homogen katalysierte Oxidation von 2-Methyl-5-ethyl-Pyridin mit HNO3 und anschliessender Decarboxylierung. Nachteil dieser zweistufigen Reaktion ist einerseits die anfallende Salzfracht und der Verlust von Geruestkohlenstoff durch Totaloxidation (Lonza-Verfahren). Das Nikotinsaeureamid wird zweistufig durch Ammoxidation des 3-Picolin zum 3-Cyanpyridin und Verseifung der Nitrilgruppe hergestellt. Beide Schritte sind heterogen katalyisiert (Degussa-Verfahren). Ein einstufiger Prozess durch Direktoxidation mit Sauerstoff ist oekonomisch wie oekologisch wuenschenswert. Die Oxidation von 3-Picolin zur Nikotinsaeure wird mit Sauerstoff bzw. Luft in einem Temperaturbereich von 250-400 Grad Celsius durchgefuehrt. In der heterogen katalysierten Oxidation von 3-Picolin wird Wasserdampf als Traegergas verwendet. Wasser ist bis auf den energetischen Aspekt ein unkritisches Loesemittel, und dient der Waermeabfuhr und der Erleichterung der Desorption des Produktes von der Katalysatoroberflaeche. Da bei der Direktoxidation keine Salzfrachten anfallen und die Nebenprodukte allein Wasser und CO2 sind, entfallen aufwendige Prozessschritte zur Reinigung des Produktes und die Entsorgung der Salze. Die Gasphasenoxidation wird in einem Integralfestbettreaktor durchgefuehrt. Im Festbett koennen wegen der exothermen Reaktion 'Hot Spots' entstehen, die eine Totaloxidation zu CO2 bevorzugen. Durch kurze Verweilzeiten und geeigneter Traegergase mit hoher Waermekapazitaet und/oder Waermeleitfaehigkeit koennen die 'Hot Spots' ganz oder teilweise vermieden werden. Die entstehenden Carbonsaeuren werden nach Austritt aus dem Reaktor aus dem Prozessgas kristallisiert und damit als Feststoff gewonnen.
Biogene Rohstoffe bilden mittelfristig die einzig industriell zugängliche Kohlenstoffquelle nicht-fossilen Ursprungs. Diese sind der Ausgangspunkt für die Produktion von biotechnologisch hergestellten Carbonsäuren, die als Grundstoffe für die Synthese zahlreicher hochwertiger Chemikalien Anwendung finden. Im Verbundvorhaben ECOYIELD soll eine kontinuierliche Fermentation von Fumarsäure aus Reststoffströmen realisiert werden. Des Weiteren soll für die Abtrennung der Fumarsäure ein elektrochemischer Aufarbeitungsprozess entwickelt werden, der eine nachhaltige und kostengünstige Produktion des Produkts erlaubt.
Biogene Rohstoffe bilden mittelfristig die einzig industriell zugängliche Kohlenstoffquelle nicht-fossilen Ursprungs. Diese sind der Ausgangspunkt für die Produktion von biotechnologisch hergestellten Carbonsäuren, die als Grundstoffe für die Synthese zahlreicher hochwertiger Chemikalien Anwendung finden. Im Verbundvorhaben ECOYIELD soll eine kontinuierliche Fermentation von Fumarsäure aus Reststoffströmen realisiert werden. Des Weiteren soll für die Abtrennung der Fumarsäure ein elektrochemischer Aufarbeitungsprozess entwickelt werden, der eine nachhaltige und kostengünstige Produktion des Produkts erlaubt.
Die Substitution fossiler Ressourcen und Energieträger im Zuge der Energie- und Ressourcenwende stellt verschiedene Branchen wie die Energiewirtschaft oder die chemische Industrie vor große Herausforderungen. Für die Etablierung neuer Prozessketten, die gleichzeitig nachhaltig und wirtschaftlich sind, gelten Elektro-Bioraffinerien als besonders vielversprechend. Angesichts der stofflichen Vielfalt zukünftiger Bioraffinerien, setzt das hier beantragten Vorhaben PyrSElekt einen Schwerpunkt auf die elektrochemische Umwandlung gut zugänglicher biogener Carbonsäuren zu Pyrrolidonen. Pyrrolidone stellen wichtige Intermediate für pharmazeutische Produkte, Nahrungsergänzungsmittel, Werk-, Kleb- und Farbstoffe oder Lösemittel dar und sind daher industriell sehr vielfältig einsetzbar. Ziel von PyrSElekt ist es, mit Hilfe neuartige Reaktionspfade zu unterschiedlichen Pyrrolidonen neue und innovative Elektrobioraffineriekonzepte zu entwickeln. Drei komplementäre Ansätze bilden den Fokus des Vorhabens: (1) Die Aminierung und anschließende elektrokatalytische Hydrierung von Lävulinsäure hin zu N-Alkylpyrrolidonen, (2) die Amidierung von Glutarsäure und anschließende elektrochemische Decarboxylierung sowie C-N-Kreuzkupplung zur Synthese von Pyrrolidonen (z.B. -Butyrolactam) und (3) die elektrokatalytische Hydrierung von Itakonsäure mit anschließender Amidierung und Ringschluss und im letzten Schritt die elektrokatalytische Hydrierung des Imids zu N-Alkyl-3-methylpyrrolidon oder N-Alkyl-4-methylpyrrolidon.