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Die wunderbare chemische Reaktion des Fischer-Tropsch-Prozesses: Wie wechselt man von Gas zu Benzin?
Vor dem Hintergrund der globalen Energiewende hat sich die Gas-to-Liquid (GTL)-Technologie schnell als revolutionäres Verfahren zur Umwandlung von Erdgas in flüssige Brennstoffe etabliert. Das Herzstück des Prozesses ist das Fischer-Tropsch-Verfahren, das durch eine Reihe chemischer Reaktionen Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) in langkettige Kohlenwasserstoffe umwandelt, darunter auch Kraftstoffe wie Benzin und Diesel.
Daher kann das Fischer-Tropsch-Verfahren nicht nur effizient Synthesegas produzieren, sondern es auch in flüssige Kraftstoffe umwandeln, die wir in unserem täglichen Leben verwenden. Dies ist von entscheidender Bedeutung, um die Abhängigkeit von herkömmlichem Erdöl zu verringern.
Der erste Schritt dieses chemischen Prozesses umfasst die teilweise Oxidation von Methan, dem Hauptbestandteil von Erdgas, um ein Rohsynthesegasgemisch zu erzeugen, das hauptsächlich aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff besteht. Diese Mischung wird durch die Wassergas-Shift-Reaktion weiter optimiert, um das richtige CO/H2-Verhältnis zu erhalten. Anschließend werden die Verunreinigungen entfernt, um daraus reines Synthesegas zu machen. Anschließend wird das reine Synthesegas in den Fischer-Tropsch-Prozess eingespeist, wo es über einem Eisen- oder Kobaltkatalysator zur Herstellung verschiedener synthetischer Kohlenwasserstoffe verwendet wird.
Der Prozess der Umwandlung von Methan in Methanol
Ein anderer Weg besteht darin, Methan in Methanol umzuwandeln. Dieser Prozess umfasst drei Hauptreaktionen. Zunächst werden Methan und Wasser durch Dampfreformierung zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt, anschließend erfolgt eine Wassershift-Reaktion zur Steigerung der Wasserstoffproduktion und schließlich wird der erzeugte Wasserstoff mit Kohlenmonoxid kombiniert, um Methanol zu synthetisieren.
Erwähnenswert ist, dass die Energiedichte von Methanol nur halb so hoch ist wie die von Benzin, seine Fließfähigkeit und Handhabbarkeit machen es jedoch zu einem hervorragenden Kraftstoffbestandteil.
Technologie zur Umwandlung von Methanol in Benzin
In den 1970er Jahren entwickelte die Mobil Corporation die Technologie zur Umwandlung von Methanol in Benzin. Bei diesem Verfahren wird Methanol über einem Molekularsiebkatalysator teilweise dehydratisiert, wodurch Dimethylether entsteht, der dann weiter in verschiedene langkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird, bis schließlich Benzin entsteht, das zu 80 % aus fünf oder mehr Kohlenstoffatomen besteht.
Weitere Entwicklungen in der GTL-Technologie
Zusätzlich zum Methanol-Umwandlungsprozess hat GTL das Biogas-to-Liquids-Konzept (Bio-GTL) eingeführt, bei dem Mikroorganismen und Enzyme zum Einsatz kommen, um Methan in flüssige Kraftstoffe umzuwandeln. Dieser Ansatz stellt einen neuen Entwicklungstrend in der GTL-Technologie dar und demonstriert das Potenzial der Anwendung mikrobieller Katalyse zur Energieumwandlung.
Die Weltbank weist darauf hin, dass jedes Jahr etwa 150 Milliarden Kubikmeter Erdgas verbrannt oder freigesetzt werden, was 25 % des Erdgasverbrauchs der Vereinigten Staaten entspricht. Wenn diese Ressourcen durch GTL umgewandelt werden können, wird uns erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringen.
Kommerzielle Anwendungen und Zukunftsaussichten
Derzeit investieren mehrere große multinationale Unternehmen wie Royal Dutch Shell und Sasol in den Bau von GTL-Anlagen, die nicht nur eine effiziente Umwandlung von Erdgas erreichen, sondern auch innovative Lösungen zur Verbesserung der globalen Kraftstoffversorgungskette bieten. Man geht davon aus, dass die GTL-Technologie angesichts der Erschöpfung der konventionellen Ölreserven immer beliebter werden wird.
Doch welche Auswirkungen wird die wirtschaftliche Machbarkeit der GTL-Technologie auf ihre Markttauglichkeit haben, wenn sich die weltweiten Preise für Erdgas und Rohöl ändern? Dieser Frage gilt es nachzugehen.
