Die bei der Herstellung von Stahl anfallenden sogenannten 'Kuppelgase' sind reich an Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) und stellen eine alternative Kohlenstoff-Quelle für die Herstellung chemischer Wertprodukte dar. Neben der Umwandlung zu chemischen Bulkchemikalien stellt auch die Verwendung von CO und CO2 als Rohstoffe für die Kunststoffindustrie eine ökologisch wie ökonomisch interessante Variante da. Im Rahmen des Vorhabens Carbon2Polymers sollen neue Verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten und den Polyurethanbestandteilen erforscht werden. Hochwertige Kunststoffe werden heutzutage in Mio. Tonnen hergestellt. Da auch in Zukunft von einem wachsenden Bedarf an diesen Materialen auszugehen ist, zeichnet sich für eine Synergie zwischen Stahlwerken und der Kunststoffindustrie ein Potential ab. Die stoffliche Nutzung der Kuppelgase hat das Potential, den spezifischen CO2-Ausstoß der Stahlwerke zu reduzieren und ermöglicht der chemischen Kunststoffindustrie den Zugang zu einer alternativen Rohstoffbasis. Insgesamt kann diese Synergie zu einer nennenswerten Senkung des Primärrohstoffverbrauchs und zu einer Reduktion von CO2-Emissionen führen. Im Rahmen dieses Vorhabens soll die Verwendung von CO aus Hüttengasen für die Polycarbonat-Herstellung (TP A) und von CO2 für die Isocyanat-Herstellung für Polyurethane (TP B) untersucht werden. Ein zentraler Punkt des Vorhabens ist TP A mit der Herstellung von Carbonaten unter der Randbedingung einer veränderten Rohstoffbasis und fluktuierendem Stromangebot. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Weiterentwicklung der beiden katalytischen Prozessschritte gelegt: der Phosgenbildung und der lösungsmittelfreien Direktphosgenierung. Aufgabe im TP B ist es, die entwickelten Verfahrenskonzepte, deren prinzipielle Anwendbarkeit bereits demonstriert wurde, in den verschiedenen Arbeitspaketen weiterzuentwickeln und zu optimieren, zu evaluieren, an die Produktverwertung anzukoppeln und damit zur industriellen Reife zu bringen.
Fuer anthropogene organische Umweltchemikalien (z.B. fuer fluechtige C1- und C2-Chlorkohlenwasserstoffe und einige ihrer Abbauprodukte, wie Chloroform, Phosgen und Halogenessigsaeuren) ist in letzter Zeit zunehmend haeufiger die Frage gestellt worden, ob sie zum Teil oder ueberwiegend aus natuerlichen Quellen stammen koennen. Die Frage, inwieweit diese Stoffe auf natuerlichem Wege entstehen koennen, ob sie vorwiegend als industrielle Produkte oder deren Sekundaerprodukte aus petrochemischen Quellen stammen, oder ob beide Wege beteiligt sind, laesst sich durch Bestimmung des 14C/12C-Isotopenverhaeltnisses beantworten. Dazu muessen sie isoliert und durch Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) analysiert werden. Die Probenvorbereitung wird am Institut fuer Umweltchemie und Oekotoxikologie der Universitaet Bayreuth durchgefuehrt, die Isotopenverhaeltnisbestimmung am Physikalischen Institut der Universitaet Erlangen (Prof. Dr. W. Kretschmer).
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Ziel des Entwicklungsvorhabens ist die Reduzierung der erforderlichen Heizleistung für den Destillationsvorgang der Lösemittel - vor allem Per - in Reinigungsmaschinen um etwa 1/3 der heute benötigten Energie durch Entwicklung eines speziellen Rohrwendels zur Destillation. Zugleich sollen die optimalen Temperaturen für diesen Prozess strikt eingehalten werden, um die Zersetzung des LM mit Bildung von Schadstoffen (Phosgen, Salzsäure) zu vermeiden. Die Filterung des LM soll dadurch verbessert werden, dass anstelle der üblichen Scheibenfilter, von denen der mit Per belastete Filterkuchen von Zeit zu Zeit abgeschleudert wird, ein Tuchfilter verwendet wird. Dessen spezielle Ausführung soll es erlauben, den Filterbelag ohne Belastung mit LM mechanisch zu entfernen und als Hausmüll zu lagern. Fazit: Entwicklungsziel war eine Verbesserung der Destillation von Lösemitteln in Reinigungsmaschinen dadurch, dass der Energieverbrauch zur Destillation gesenkt und gleichzeitig die maximal zulässigen Temperaturen eingehalten wurden. Dieses Ziel konnte bei Tetrachlorethylen mit einer Destillationsleistung von 150 l/h bei einem Energieverbrauch von 24 kWh, der einer Reduzierung von 27,6Prozent gegenüber dem Stand der Technik darstellt, erreicht werden. Die entwickelte Anlage kann zum Nachweis dieser Angaben jederzeit vorgeführt werden. Zum praktischen Einsatz in Reinigungsmaschinen ist sie jedoch überdimensioniert, das heißt, weitere Ausführungen müssen aufgrund der erarbeiteten Erkenntnisse der jeweiligen Maschinengröße angepasst werden.
Es sollte ein Syntheseverfahren fuer aromatische und heteroaromatische Aldehyde ausgearbeitet werden, das eine vergleichbare Anwendungsbreite hat, wie die Vilsmeier-Haack-Reaktion, aber ohne fluechtige, stark giftige oder aetzende Stoffe wie z.B. Phosgen oder Phosphoroxychlorid auskommt. Das Vilsmeier-Haack-Verfahren ist auch bedenklich, weil in einer Nebenreaktion das stark cancerogene Dimethylcarbaminsaeurechlorid gebildet wird. Das neue Verfahren sollte frei von derartigen Nebenprodukten sein. Es wurden drei neue, sehr leistungsfaehige Aldehydsynthesen entwickelt, die obigen Vorgaben genuegen. Jede Methode deckt nicht nur das Anwendungsspektrum der Vilsmeier-Haack-Reaktion, sondern auch das der Gattermann- bzw. der Gattermann-Koch-Synthese weitgehend ab. Somit koennen auch diese Verfahren, bei denen sehr giftige Substanzen wie Blausaeure oder Kohlenmonoxid notwendig sind, ersetzt werden. Bei den neuen Verfahren fungieren als ausserordentliche regioselektive Formylierungsmittel neutral reagierende Verbindungen, die mit Lewis-Saeuren bzw. starken Protonensaeuren aktiviert werden. Die Reaktionen verlaufen zwischen minus 20 Grad Celsius und plus 20 Grad Celsius mit guten Ausbeuten.
Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung einer alternativen Nachbehandlungsstufe zur Beseitigung der Restkonzentration von Tetrachlorethen fuer die Chemischreinigung durch photochemischen Abbau (Ozon-UV-Oxidation) in der Luft (des Trocknungssystems der Reinigungsmaschinen) oder im Dampf (eines Tunnelfinishers). Der photochemische Abbau von Per fuehrt auf einem Reaktionsweg zum sehr giftigen Phosgen, das aber problemlos durch eine alkalische Nachwaesche in unbedenkliche Produkte (Natriumchlorid, Kohlendioxid) ueberfuehrbar ist. Der zweite Reaktionsweg fuehrt zu Trichloracetylchlorid, das in der alkalischen Nachwaesche die aetzende und hochchlorierte Trichloressigsaeure ergibt. Die Trichloressigsaeure laesst sich durch eine nachgeschaltete UV-Oxidation oder thermisch in Gegenwart von Titandioxid bis auf Spuren von enstehendem Trichlormethan oder Formiat fast vollstaendig mineralisieren (zu Kohlendioxid und Salzsaeure, die in der alkalischen Nachwaesche Natriumchlorid ergibt). Die Abbaueffizienz laesst sich durch UV-Strahler-Leistung, zugesetzte Ozonmenge, Wassermenge und die Bestrahlungszeit beeinflussen. Laborversuche ergaben fuer diese Parameter in einem weiten Bereich einen vollstaendigen Per-Abbau, wobei die zugesetzte Ozonmenge von untergeordneter Bedeutung war. Eine Beeinflussung des Per-Abbaus in der Weise, dass nur das in der alkalischen Nachwaesche leichter zu entfernende Phosgen und kein Trichloracetylchlorid entsteht, ist nicht moeglich. Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse ist davon auszugehen, dass eine zur Minimierung der Restemissionen von Per aus Chemischreinigungen geeignete Reaktionsfuehrung auch unter Praxisbedingungen erreicht werden kann. Die UV-Oxidation koennte prinzipiell auch in kleinen transportablen Anlagen erfolgen, so dass sie auch fuer kleinere Betriebe wirtschaftlich ist.