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Wussten Sie, dass man aus Erdgas Diesel herstellen kann? Und wie funktioniert das?
Aufgrund des steigenden Energiebedarfs ist die Entwicklung neuer nachhaltiger Energiequellen heute weltweit in den Fokus gerückt. Wir alle wissen, dass Diesel ein wichtiger Kraftstoff für moderne Autos und Schwermaschinen ist, aber Sie wissen vielleicht nicht, dass Erdgas durch ein sogenanntes Fischer-Tropsch-Verfahren in Diesel umgewandelt werden kann. Dieser Prozess wird nicht nur die Abhängigkeit von Ölressourcen verringern, sondern könnte auch eine wichtige Lösung für die künftige Energiewende darstellen.
Beim Fischer-Tropsch-Verfahren handelt es sich um eine Reihe chemischer Reaktionen, bei denen ein Gasgemisch (Kohlenmonoxid und Wasserstoff), sogenanntes Synthesegas, in flüssige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird.
Das Fischer-Tropsch-Verfahren wurde erstmals 1925 von den deutschen Wissenschaftlern Franz Fischer und Hans Tropsch entwickelt. Das Grundprinzip des Verfahrens besteht darin, Synthesegas mithilfe von Metallkatalysatoren unter hoher Temperatur und hohem Druck in flüssige Kohlenwasserstoffe umzuwandeln. Die spezifische chemische Reaktion kann durch die Formel ausgedrückt werden:
(2n + 1) H2 + n CO → CnH2n+2 + n H2O
Bei dieser Reaktion liegt der Wert n üblicherweise zwischen 10 und 20 und gibt die Kohlenstoffkettenlänge der erzeugten Kohlenwasserstoffverbindung an. Bei der Reaktion entstehen auch geringe Mengen Olefine und Alkoholverbindungen. Die Bildung von Methan (n=1) ist allerdings unerwünscht, da durch seine Produktion das Kettenwachstum eingeschränkt wird.
Der gesamte Prozess ist sehr exotherm, daher muss die Wärme im Reaktor effizient abgeführt werden. Die Betriebsbedingungen des Fischer-Tropsch-Prozesses liegen üblicherweise zwischen 150 und 300 Grad Celsius. Solche Bedingungen können nicht nur die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen, sondern auch die Umwandlungsrate erhöhen, sie müssen jedoch kontrolliert werden, um die Produktion großer Mengen Methan zu vermeiden.
Um das gewünschte Synthesegas zu erhalten, müssen Fischer-Tropsch-Anlagen zunächst einen Vergasungsprozess durchführen, der feste Brennstoffe wie Kohle oder Biomasse in Gas umwandelt.
Die Produktion von Synthesegas beruht üblicherweise auf einer Vergasungstechnologie, die feste Substanzen in Gase für nachfolgende Fischer-Tropsch-Reaktionen umwandelt. Abhängig von den Ausgangsstoffen muss das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid im Synthesegas durch die Wassergas-Shift-Reaktion angepasst werden. Diese Einstellung ist insbesondere beim Fischer-Tropsch-Verfahren mit Eisenkatalysatoren wichtig, da diese Katalysatoren von Natur aus eine reaktive Reaktion auf die Wassergaskonvertierung darstellen.
Normalerweise werden als Metallkatalysatoren Eisen, Kobalt, Nickel und Platin verwendet. Nickel wird allerdings nicht verwendet, da es zu viel Methan produziert. Am häufigsten werden Eisen und Kobalt verwendet. Kobaltkatalysatoren erzielen die beste Leistung, wenn Erdgas als Ausgangsstoff verwendet wird, während Eisenkatalysatoren besser für die Verwendung von Kohle oder Biomasse geeignet sind.
Weltweit werden derzeit viele Projekte im Zusammenhang mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren umgesetzt. Sasol in Südafrika beispielsweise betreibt die weltweit größte Anwendung der Fischer-Tropsch-Technologie.
Dank der technologischen Weiterentwicklung befindet sich die weltgrößte Fischer-Tropsch-Anlage heute in Sasol, Südafrika, und produziert 130.000 Tonnen synthetische Kraftstoffe pro Jahr. Diese Anlagen verwenden Kohle und Erdgas als Rohstoffe und wandeln diese erfolgreich in Diesel und andere synthetische Kraftstoffe um, wodurch sie einen wesentlichen Beitrag zur Energiesicherheit Südafrikas leisten.
Ein weiteres wichtiges Beispiel ist die Pearl GTL-Anlage in Katar, die mithilfe eines Kobaltkatalysators bei 230 Grad Celsius Erdgas mit einer Rate von 140.000 Barrel pro Tag in Flüssiggas umwandelt.
Die Entwicklung des Fischer-Tropsch-Verfahrens trägt nicht nur dazu bei, die Effizienz der Landnutzung von Energie zu verbessern, sondern stellt auch eine effektive Methode zur Bewältigung aktueller Umweltprobleme dar. Da die Nachfrage nach sauberer Energie weiter steigt, wird die Kommerzialisierung und Ausweitung dieses Prozesses tiefgreifende Auswirkungen auf die künftige Entwicklung erneuerbarer Energien haben.
Glauben Sie, dass das Fischer-Tropsch-Verfahren eine der Schlüsseltechnologien für die zukünftige Energiewende werden kann?
