Die homogene Übergangsmetall-Katalyse hat durch ihre hohe Selektivität und Effizienz zunehmende Bedeutung für die Produktion von Bulk- und Feinchemikalien erreicht. Voraussetzung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetall-Katalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in getrennten flüssigen Phasen befinden, auch im industriellen Einsatz bewährt. Ihre Anwendung erfordert allerdings eine ausreichende Löslichkeit der Edukte in der den Katalysator enthaltenden Phase. Eine universellere Anwendbarkeit soll in diesem Forschungsprojekt erzielt werden durch Methoden, die die Reaktion zunächst in einer gemeinsamen Phase und dann durch Temperatur-Absenkung die Trennung von Produkt und Katalysator ermöglichen. Aus der Literatur ist die 'Thermoregulierte Phasentransferkatalyse' bekannt, bei der die starke Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines Katalysators mit speziellen Liganden genutzt wird. Durch eigene Vorarbeiten bestehen Erfahrungen mit Lösungsmittelsystemen, die sich durch Temperaturänderung in zwei Phasen trennen lassen. Ziel ist die Kombination dieser Methoden, um sowohl eine hohe Reaktivität als auch eine gute Abtrennung des Katalysators durch Optimierung der Liganden und des Lösungsmittelsystems zu erreichen. Als Reaktionen sind zunächst Hydroformylierungen, Oligomerisierungen, Hydrierungen und Hydrosilylierungen mit Petrochemikalien sowie mit Fettstoffen als Beispiele für nachwachsende Rohstoffe geplant.
Diverse chemische Prozesse, wie z.B. die Hydroformylierung, benötigen als Edukt Synthesegas. Bei der Hydroformylierung werden jedoch nur geringe Mengen benötigt, die nach dem Stand der Technik nicht wirtschaftlich on-site bereitgestellt werden können. Daher werden Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO) häufig angeliefert, womit insbesondere bei CO hohe Kosten und Risiken (Toxizität) verbunden sind. Schwerpunkt des Vorhabens ist die technische und ökonomische Untersuchung von Verfahren zur kleinskaligen, bedarfsorientierten und nachhaltigen Erzeugung von CO bzw. Synthesegas, welches in der Hydroformylierung genutzt wird. Bevorzugte Ausgangsstoffe sind dabei biogenes CO2 und Elektrolysewasserstoff. Bei kleinskaligen Anlagen kann unter wirtschaftlichen Aspekten jedoch keine für die bisher bekannten Hydroformylierungsverfahren ausreichende Gasreinheit gewährleistet werden, weshalb auch letztere und die erforderlichen Katalysatoren detailliert untersucht werden. Im Ergebnis des Vorhabens werden die Voraussetzungen für die Substitution teuren Kohlenmonoxids als Ausgangsstoff der Hydroformylierung geschaffen. Nach der Erarbeitung des Gesamtkonzeptes bestehend aus Gewinnung des CO2 aus Klärgas, Synthesegaserzeugung, -aufbereitung und -verwendung in der Hydroformylierungsreaktion (Oxosynthese), die eine umfassende thermodynamische Modellierung der Teil- und des Gesamtprozesses umfassen, werden die beiden katalytischen Einzelprozesse Hochtemperatur-rWGS Reaktion und Oxosynthese ergänzend experimentell untersucht, um die abzuscheidenden Störstoffe und deren Maximalkonzentrationen für die Gasaufbereitungsstufen zu definieren. Die gewonnenen Daten werden gemeinsam mit Literaturwerten und ausgewählten Herstellerwerten in einer Machbarkeitsstudie verarbeitet, die die komplexe Technologie von der CO2-Abscheidung über die Synthesegaserzeugung und -aufbereitung bis hin zur Synthesegasnutzung in der Oxosynthese einer technischen und wirtschaftlichen Bewertung unterzieht.
Das wesentliche Ziel dieses Projektes besteht in der Entwicklung eines ressourceneffizienten Verfahrens zur Herstellung von Oxo-Produkten, einer wichtigen und wirtschaftlich sehr bedeutenden Klasse von Plattformchemikalien für z.B. Riechstoffe und Weichmacher. Dies soll durch die Verwendung neuartiger heterogener Katalysatorsysteme ermöglicht werden. Dem INP kommt dabei die Aufgabe zu, die Verbindung zwischen Substrat und Katalysator mittels plasmachemischer Prozessschritte zu gewährleisten. Dabei sollen geeignete Substratmaterialien mit Hilfe von Niedertemperaturplasmen so modifiziert werden, dass eine zuverlässige Anbindung von Katalysatoren möglich ist. Der zu entwickelnde Plasmaprozessschritt muss Potential zur Hochskalierung zeigen und mit leicht verfügbaren und preiswerten Präkursoren zu realisieren sein. Dabei werden Katalysatormengen im 10 g Maßstab angestrebt.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines ressourceneffizienten Verfahrens zur Herstellung von Oxo-Produkten, unter Verwendung neuartiger heterogener Katalysatorsysteme. Dabei sollen Fortschritte bei der derzeit homogen durchgeführten Hydroformylierung von Olefinen zu entsprechenden Aldehyden erreicht und so weitreichende Verfahrensinnovationen in der Chemischen Industrie realisiert werden. Das wissenschaftliche Gesamtziel besteht somit in einem neuartigen Katalysekonzept, bei dem Vorzüge der homogenen Katalyse mit denen der heterogenen Katalyse kombiniert werden sollen.
Das Ziel des Verbundprojektes besteht in der Entwicklung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Oxo-Produkten. Die Prozessoptimierungen führen zu einer ressourcenschonenderen und energieeffizienteren Produktion von Oxo-Alkoholen und sind daher für die gesamte Chemische Industrie von erheblicher Bedeutung. Übergeordnetes wissenschaftliches Gesamtziel des Vorhabens ist ein neuartiges Katalysekonzept, bei dem Vorzüge der homogenen Katalyse mit denen der heterogenen Katalyse kombiniert werden sollen. Daraus leiten sich die folgenden wissenschaftlich-technischen Teilziele ab: Variable Herstellung von funktionalisierten organischen und anorganischen Trägermaterialien durch gezielte Behandlung mit Niedertemperaturplasmen, Fixierung von homogenen Katalysatoren an diesen heterogenen Oberflächen, Screening in verschiedenen Hydroformylierungsreaktionen, Analytische und theoretische Durchdringung des Wechselspiels zwischen Katalysatorbereitung und Katalyseeigenschaften und darauf basierende Optimierung, Scale-up der Katalyse zur Herstellung von Fein- und Bulkchemikalien n KataPlasma sollen zum ersten Mal plasmabehandelte Trägermaterialien eingesetzt werden, um homogene Hydroformylierungskatalysatoren zu heterogenisieren: AP1: Plasmaoberflächenbehandlung, AP2: Katalysatorsynthese, AP3: Katalytische Tests, AP4: Recycling, AP5: Prozesssynthese und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen.