From the Sector

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.

Recreational boaters now have an easy way to be more sustainable following the introduction of a new biocide-free (B-Free) fouling control range from AkzoNobel’s Yacht Coatings business.

The first product to be launched from the new B-Free range is B-Free Explore. It features a specially-developed, unique silicone polymer technology which produces an exceptionally smooth and slick hull – helping to reduce drag.

Fouling is controlled by preventing microorganisms such as barnacles, slime and algae from forming strong bonds with the hull of the boat. Any that do adhere can be simply wiped away by hand or water jet.

“We’ve developed high-performance technology which allows boaters to maintain a clean, smooth hull,” explains Simon Parker, Director of AkzoNobel’s Marine and Protective Coatings business. “It’s based on proven technology and exemplifies the restless spirit of innovation which has been the cornerstone of our International brand for more than 140 years.”

Adds Jemma Lampkin, Global Commercial Director for AkzoNobel’s Yacht Coatings business: “Boaters are becoming more aware of the impact they can have on the environment, but they still require technologies that deliver high-performance fouling control. B-Free Explore provides a stand-out solution for both of these challenges.”

Specially crafted for the leisure boat market, B-Free Explore is the culmination of a five-year development program. It can be applied to new hulls or directly to existing antifouling, without the need for the removal of the previous antifouling coating. This makes it simple for boaters to upgrade from their traditional coatings to the new technology.

The new product is also better for the marine ecosystem. Being biocide-free, it provides a smooth surface for improved hull efficiencies, which can lead to a reduced carbon footprint.

Currently being introduced in Northern Europe, B-Free Explore will be rolled out across Germany, the Netherlands, Norway and Sweden in January 2023.

With their recently installed high-temperature unidirectional tape line, Japan-based composites manufacturer MaruHachi enables new opportunities for high-end applications in demanding market segments like aerospace, automotive or others outperforming traditional materials based on PP and PA which are already widely available.

In the first phase, MaruHachi will produce up to 40 tons/year and focuses now specifically on high-temperature thermoplastic uni-directional (UD) tapes and multi-layer sheet laminates. The material is based on high-performance fibers like carbon, aramid, glass or natural fibers and the matrix can be high-performance polymers like PPS, PEEK or other higher temperature polymers, which are much tougher than epoxies and easy to recycle. With a width of 500 mm, a specific weight from 60 to 350 g/m2, depending on the chosen material, the lines can operate under temperatures up to 420 degrees Celsius. Working under these extremely high temperatures allows for better material properties of the final application, higher performance, increased resistance and integrated high-performance functionalities e.g. by overmoulding.

Since 2017, MaruHachi Group is active in the European market in cooperation with Dr. Michael Effing,the CEO of AMAC GmbH, who advises and supports the company strategically. The established, family-owned MaruHachi Group has a strong history in automotive and medical textiles and has been active in the innovative composites market for more than 15 years.

Toshi Sugahara, CEO of MaruHachi: “For many years, we have already been cooperating with domestic and international partners on high-demand applications and therefore, MaruHachi decided now to invest over 1 million EUR in this new line in phase 1, including a funding participation from the Japanese government NEDO. New developments in phase 2 will be be undertaken by end of 2021 on the downstream technologies like the automated preforming and consolidation. With our new products, we want to contribute to significant weight reductions of the final products, thus improve energy efficiency while offering a cost-efficient and high-quality solution.”

Dr. Effing, CEO of AMAC GmbH confirms: „The focus on the niche of high-temperature products based on PPS and PEEK allows MaruHachi on very demanding high-end applications such as structural frames on space and aircrafts, aircraft seats or engine components etc. The tapes are fully recyclable and can be processed e.g. with high-speed with laser-based tape placement machines and robots.”