Aus der Branche

Butadien ist eine wichtige Plattformchemikalie, um Polymere – u.a. für die Produktion von Autoreifen – herzustellen. Bislang wird das Monomer aber meist auf Basis von Erdöl gewonnen. Eine alternative Syntheseroute haben Forschende des Fraunhofer UMSICHT im Rahmen des Projektes Power2C4 untersucht. Im Fokus: ein katalytisches Verfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms.

»Butadien spielt eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Polymeren«, ordnet UMSICHT-Wissenschaftler Marc Greuel ein. Neben Polybutadien, das in Autoreifen Anwendung findet, können Polytetrahydrofuran (PTHF), Polybutylenterephtalat (PBT) und Polybutylensuccinat (PBS) aus dem Monomer erzeugt werden. »Der Haken: Aktuell wird Butadien zu 95 Prozent als Nebenprodukt beim thermischen Zersetzen von Rohbenzin zu Ethen gewonnen – unter Ausstoß von Kohlendioxid. Zudem werden die Preise für Butadien perspektivisch ansteigen, da sich die Rohstoffbasis für Ethen immer mehr in Richtung Schiefergas verschiebt und dadurch die Produktionskapazität für Butadien sinkt.« Das Interesse an einem alternativen Herstellungsprozess ist also nicht nur aus Klimaschutzgründen groß.

Die Frage, wie eine nachhaltigere, emissionsärmere und auch günstige Syntheseroute aussehen kann, stand im Zentrum des Projektes Power2C4. Angesiedelt im Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« hat es Expertinnen und Experten des Fraunhofer UMSICHT, des Gas- und Wärme-Instituts Essen e.V., des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln, des Forschungszentrums Jülich, der Ruhr-Universität Bochum, des Wuppertal-Instituts und des ZBT Duisburg zusammengeführt. Ihre Zielsetzung: Flexibilitätsoptionen vor dem Hintergrund der Energiewende zu untersuchen. Im Fokus des Teilprojekts Power2C4 stand ein neues katalytisches Herstellungsverfahren unter Einsatz regenerativ erzeugten Stroms. Ausgangspunkt ist Ethanol, das zum Beispiel im Zuge einer Hydrierungsreaktion aus CO2 und elektrolytisch erzeugtem Wasserstoff gewonnen wird. Dieses Ethanol dient in einem zweiten Schritt zur Synthese von Butadien mittels des sogenannten Lebedev-Prozesses.

Vielversprechendes Katalysatorsystem identifiziert
Da der erste Schritt bereits Gegenstand zahlreicher Forschungsaktivitäten ist, konzentrierten sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die Weiterveredlung des Ethanols zu Butadien und die Verfahrenskopplung beider Schritte. »Wir haben u.a. ein neues Katalysatorsystem auf Basis eines synthetischen Saponiten identifiziert und anschließend synthetisiert«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich vom Fraunhofer UMSICHT. Die Testung der katalytischen Aktivität erfolgte in einer eigens konstruierten Versuchsanlage. »Aufbauend auf einem ersten Screening haben wir aussichtsreiche Materialien weiter optimiert. Das Ergebnis: Verglichen mit dem unmodifizierten Ausgangsmaterial lässt sich die Butadien-Selektivität im Rahmen der Katalysatoroptimierung deutlich erhöhen. Allerdings ist auch klar geworden, dass noch weiteres Potenzial zur Verbesserung der Katalysatorperformance besteht.«

Nachhaltigkeitsbewertung des Power-to-Butadien-Prozesses
Wie nachhaltig dieser Power-to-Butadien-Prozess wirklich ist, haben Dr. Markus Hiebel und Dr. Daniel Maga vom Fraunhofer UMSICHT in einer Life Cycle Analysis (LCA) untersucht. Beleuchtet haben sie dabei – neben unterschiedlichen Katalysatoren – die Herstellungsmethode von Ethanol und die Relevanz der eingesetzte Energiequelle. »Wir konnten zeigen, dass der Lebedev-Prozess je nach verwendeter Ethanol- und Energiequelle das Potenzial hat, Butadien und damit auch Styrol-Butadien-Kautschuk aus biobasiertem Ethanol oder CO2-basiertem Ethanol herzustellen und CO2-Emissionen zu reduzieren«, so Daniel Maga. »Damit ermöglicht der Power2C4-Prozess die Nutzung alternativer Kohlenstoffquellen.« Besonders die Nutzung von Ethanol aus Restbiomasseströmen wie Bagasse oder Stroh eröffne Wege, Treibhausgasemissionen von Butadien deutlich zu reduzieren. Zudem führe ein Strommix mit immer höheren Anteilen an erneuerbaren Energien zur Möglichkeit, Treibhausgasreduktionen über Carbon-Capture-and-Utilization-Prozesse (CCU) zu realisieren.
 
FÖRDERHINWEIS
Das Kompetenzzentrum »Virtuelles Institut – Strom zu Gas und Wärme« wird gefördert durch das »Operationelle Programm zur Förderung von Investitionen in Wachstum und Beschäftigung für Nordrhein-Westfalen aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung« (OP EFRE NRW) sowie durch das Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen.

Die Bremer Baumwollbörse und das Faserinstitut Bremen e.V. laden gemeinsam am 29. und 30. September zur 36. International Cotton Conference ein. Unter dem Motto „Cotton Decoded“ wird allen nationalen und internationalen Tagungsteilnehmern sowohl in Bremen vor Ort als auch online über eine Tagungsplattform ein Programm mit aktuellen Vorträgen und Diskussionsrunden geboten.

Am Freitag, dem 30. September widmen sich zwei Sessions der Baumwolltagung einigen Problembereichen im Rahmen textiler Prozesse, gleichzeitig werden Ideen für passende Lösungen angeboten. Beispiele dafür sind:

• Vorreinigung von Baumwolle
  Eine höhere Reinigungsleistung, gestiegene Produktionsanforderungen und Flexibilität in der Rohstoffverarbeitung sind für Ralf Müller vom Mönchengladbacher Textilmaschinenbauer Trützschler Schlüsselthemen in der Spinnereivorbereitung für Baumwolle. Eine besondere Bedeutung kommt hierbei der Entfernung von groben Verunreinigungen zu. Dazu entwickelte Trützschler die neue Generation eines Vorreinigeraggregates, das mit doppelter Produktionskapazität zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs und einer deutlichen Steigerung der Reinigungsleistung gegenüber Vorgängermodellen führt.
• Gezieltes Rohstoffmanagement zahlt sich aus
  Oswald Baldischwieler vom Schweizer Unternehmen Uster erklärt in seinem Vortrag, warum es zur Erreichung einer gleichbleibenden Qualität von Baumwollprodukten wie Garnen und Geweben notwendig ist, eine intensive Prüfung der Baumwollfasern schon in der Frühphase der Fertigung vorzunehmen.
• Spinning Waste Cotton
  Die Rieter AG ist mit Harald Schwippl vertreten. Das Recyceln von Rohstoffen ist seit einigen Jahren ein zunehmender Trend, um mehr Nachhaltigkeit zu erreichen. Neben der Weiterverwertung von chemisch oder mechanisch aufgelösten Rohstoffen, ist auch die Verwertung von Spinnerei-Abgängen eine Möglichkeit, um der steigenden Nachfrage zur Rohstoffwiederverwertung gerecht zu werden.
• Fertigungsdurchläufe verkürzen
  Yonathan Sissay vom Ethiopian Textile Industry Development Institute, Addis Ababa, berichtet über die Verringerung von Leadtimes in Fertigungsprozessen von Bekleidung vom Stofflager über die Fertigung bis hin zu Verpackung und Auslieferung.
• Wie der Kurzfaseranteil in Baumwolle auf Kräfte beim Streckvorgang wirkt
  Der pakistanische Wissenschaftler Quaim Siddiqui stellte im Rahmen seines Forschungsprojektes fest, dass die Verzugskraft ein dynamischer Faktor ist, der durch unterschiedliche Reibungskräfte zwischen sich langsam und schnell bewegenden Fasern in der Verzugszone des Spinnprozesses entsteht.

Spinning and Textile Seminar: Expertentreffen zu Beginn der Konferenz
Am 28. September, also am Vortag zur Tagung, findet unter der Headline ‚Qualitätsanforderungen entlang der Textilwertschöpfungskette‘ ein Austausch unter Experten statt. Das mittlerweile etablierte Seminar thematisiert die Verarbeitung sämtlicher Fasern und spricht weitere Kreise der textilen Kette an. Hierzu laden das Faserinstitut Bremen (FIBRE), die Bremer Baumwollbörse, der Industrieverband – Veredlung – Garne – Gewebe und Technische Textilien (IVGT) sowie die International Textiles Manufacturers Federation (ITMF) gemeinsam ein.