Billiger von Erdgas zu Methanol

Deutsche Forscher haben einen neuen Katalysator zur Umwandlung des Erdgas-Hauptbestandteils Methan in den flüssigen fossilen Brennstoff Methanol entwickelt. Die Technik könnte die direkte Erzeugung von Methanol aus Methan verbilligen und in einigen Jahren den Heiligen Gral der Kohlenwasserstoff-Chemie erreichen helfen: Die Schaffung eines Prozesses, der es ermöglicht, Erdgas im großem Stil als Ersatz für Erdöl zu verwenden.

Der neue Ansatz stammt vom Max-Planck-Institut (MPI) für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr. Er basiert auf einem der wenigen Katalyseprozesse, mit denen sich Methan direkt in Methanol umwandeln lässt – bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen und ohne Kohlendioxid oder andere unerwünschte Nebenprodukte.

Der Katalysator, ursprünglich entwickelt von Roy Periana, heute Chemieprofessor am Scripps Research Institute, war in seiner ersten Version noch zu teuer für eine Kommerzialisierung. Die Mülheimer MPI-Forscher konnten nun eines der Hauptprobleme bei dem Prozess lösen, wie sie in einem Paper im Journal "Angewandte Chemie" schreiben. Während Perianas Variante auf eine Flüssigkeit setzte, die in Schwefelsäule gelöst war, schuf das Team um Institutsdirektor Ferdi Schüth eine Feststoffversion des Katalysators. Das hat erhebliche Vorteile bei der Rückgewinnung des für den Prozess notwendigen Platins – das teure Metall lässt sich einfach durch Filtern aus der Schwefelsäure holen.

Schüth nennt die Entdeckung der neuen Methode einen Glücksfall. Seine Kollegen hatten ein Polymer mit einer molekularen Struktur geschaffen, die ihn an Perianas Katalysator erinnerte. Und tatsächlich: Schüth gelang es dann, Platin in die Struktur einzubringen und zu zeigen, dass das Endergebnis ein Feststoffprozess war, der genauso gut arbeitete wie die flüssige Version.

Methan-basierte Treibstoffe können deutlich sauberer verbrennen als solche aus Erdöl. Hinzu kommt, dass das Angebot an Erdgas noch verhältnismäßig groß ist – neue Reservoirs mit hohem Volumen lassen sich zudem durch neue Bohrtechniken anzapfen. Und dann wäre da auch noch das Methanhydrat, das auf dem Grund des Ozeans liegt. Das Problem: Weil Methan ein Gas ist, sind der Transport und die Betankung komplexer, was die Kosten erhöht. Eine Umwandlung in flüssige Form wäre also ideal. Das Problem: Die bisherigen Umwandlungsmethoden waren stets teuer.

Obwohl der neue Katalysator der Mülheimer Forscher eines der Probleme der Periana-Variante löst, ist dies längst nicht alles, was zu tun wäre, um den Prozess kommerziell erfolgreich zu machen, sagen Beobachter. Jay Labinger, Fakultätsmitarbeiter im Fach Chemie am California Institute of Technology, sieht noch weitere Schwierigkeiten. Ein Problem sei gelöst, "es ist aber nicht das größte". Für Periana ist deshalb die feste Form nur ein erster Schritt. Deshalb arbeitet er auch an neuen Katalysatoren mit ähnlichen Mechanismen, die jedoch vom Material her billiger und effizienter sind.

Zwei Kernprobleme haben die bislang geschaffenen experimentellen Katalysatoren: Sie arbeiten nicht schnell genug, was die Größe und die Kosten für entsprechende Anlagen erhöht, und sie erzeugen Konzentrationen des Endprodukts, die nicht hoch genug sind. Labinger schätzt, dass der Output des deutschen Katalysators noch um eine Zehnerpotenz steigen müsste – Periana wiederum wünscht sich eine drei- bis fünffach stärkere Methanol-Konzentration.

Immerhin: Eine neue Richtung für die Forschung scheint gefunden – insbesondere, falls herauskommt, dass sich die Mechanismen, die bei der Methanol-Produktion verwendet werden, von flüssigen Katalysatoren unterscheiden. Schüth fiel zum Beispiel auf, dass eine zentrale Komponente von Perianas Katalysator, Chlorid, offenbar nicht mehr notwendig ist. Dementsprechend scheinen hier andere Abläufe am Werk. Unterdessen entwickelt Schüth weitere Katalysatoren aus unterschiedlichen Materialien. Eines sei bereits sehr viel versprechend und produziere Methanol zwei Mal schneller als Perianas flüssige Variante. (bsc)