CO2-basierte Alkoxycarbonylierungsreaktionen
Carbonylierungen von Olefinen gehören zu den wichtigsten homogen katalysierten Reaktionen und gelten als eine der bedeutendsten Entwicklungen der industriellen Chemie des 20. Jahrhunderts. Dabei werden Olefine mit Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff oder Nukleophilen zu Aldehyden oder Carbonsäurederivaten umgesetzt. Diese werden zur Herstellung einer Vielzahl von Alltagsprodukten verwendet z.B. Zwischenprodukte für die Herstellung von Wasch- und Reinigungsmitteln, Schmiermitteln oder Weichmachern für Polymere, für so konsumentennahe Produkte wie Infusionsbeutel, Tablettenüberzüge und Beatmungsmasken, Bodenbeläge und Dichtungsmaterialien und spezielle Lebensmittelverpackungen eingesetzt. Weltweit werden aktuell mehr als 14 Millionen Tonnen an Olefin-Carbonylierungsprodukten hergestellt.
Um die Rohstoffbasis für diese vielen Anwendungen auf eine nachhaltige Basis zu stellen und damit fit für das 21. Jahrhundert zu machen, sollen im Rahmen des COBRA Projektes die Voraussetzungen für eine zukünftige, ressourcenoptimierte Produktion von Carbonsäurederivaten auf Basis von Kohlendioxid, erneuerbarem Wasserstoff und Olefinen geschaffen werden, die weitgehend in bestehenden Anlagen und damit mit einer niedrigen Schwelle zur Umsetzung durchgeführt werden können.
Die notwendigen Olefine können aus biogenen Alkoholen hergestellt werden. Die vorgeschlagene Verwendung von CO2/H2 ist nicht nur im Sinne von nachhaltigeren Herstellungsverfahren und Produkten interessant, sondern der Verzicht auf CO ist auch sicherheitstechnisch attraktiv, insbesondere in zukünftigen dezentralen und tendenziell auch kleineren Anlagen. Als wesentliche Produkte des neuen Verfahrens werden aktuell verwendete Carbonsäureester hergestellt. Das entwickelte Verfahren eröffnet die Möglichkeiten völlig neue Produkte auf Basis von Kohlendioxid, erneuerbaren Wasserstoff und biogenen Olefinen zugänglich zu machen.
Im Rahmen des COBRA Projekts sollen schwerpunktmäßig neue homogene Katalysatorsysteme für die direkte (regio)selektive Carbonylierung von Olefinen unter Verwendung von CO2 entwickelt werden. Dies wird gepaart mit der Entwicklung eines neuen niedrig-Energie Membran-Trennverfahrens zur Aufarbeitung (Downstreaming), um die in diesen Einsatzfeldern typischerweise verwendete sehr energieintensive thermische Stofftrennung durch eine nachhaltigere Technologie abzulösen.
Die Kombination der beiden Prozessschritte katalytische Synthese und Membrantrennung bietet das Potential, eine signifikante Reduktion der Treibhausgasemission in großtechnischen industriellen Alkoxycarbonylierungen zu erreichen. Durch die Verwendung von Kohlendioxid und erneuerbaren Wasserstoff steigert er die Rohstoffeffizienz und erlaubt die Nutzung von CO2 als neuer C1-Quelle in Carbonylierungen
