Fischer-Tropsch-Synthese Billigere Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese

Eine europäische Forschungsgruppe hat neuartige Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese entwickelt. Die nur zu einem geringen Teil aus Kobalt bestehenden Partikel können die industrielle Produktion synthetischer Kraftstoffe verbilligen und erlauben eine bessere Steuerung der daran beteiligten chemischen Prozesse.

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Bayreuth – Weltweit kommt heute bei der Produktion synthetischer Kraftstoffe ein industrielles Verfahren zum Einsatz, das in den 1920er Jahren in Deutschland entwickelt wurde: die Fischer-Tropsch-Synthese. Dabei werden auf der Grundlage von Kohle oder Erdgas flüssige Kohlenwasserstoffe gewonnen, die anschließend zu Kraftstoffen – insbesondere zu Dieselöl und Flugturbinenkraftstoff – weiterverarbeitet werden.

Industrieunternehmen bevorzugen für die Fischer-Tropsch-Synthese zumeist Katalysatoren, die zu einem erheblichen Anteil aus Kobalt bestehen. Doch Kobalt ist ein vergleichsweise teures Metall: Die Europäische Kommission zählt Kobalt in einem 2010 veröffentlichten Bericht zu denjenigen Metallen, die für den Industrie- und Technologiestandort Europa von zentraler Bedeutung sind.

Neue Katalysatoren sind kostengünstig und zielgerichtet

Lässt sich also der teure Kobalt-Anteil der Katalysatoren verringern, ohne die von der Industrie geforderte Effizienz dieser Katalysatoren zu schwächen? Diese Frage stand am Anfang eines internationalen Projekts, in dem der Lehrstuhl für chemische Verfahrenstechnik und das Zentrum für Energietechnik (ZET) der Universität Bayreuth mit der Universität Amsterdam, der Universität Lille und einem Forschungszentrum der Total S.A. in Paris zusammengearbeitet haben.

Der Forschungsgruppe ist es gelungen, neuartige Katalysatoren zu entwickeln und zu testen, die alle die gleiche Grundstruktur aufweisen: Sie bestehen aus einem magnetischen Kern und einer Schale aus Kobalt. Diese Schale muss höchstens 1 nm – also ein Millionstel Millimeter – dick sein, damit die Partikel in der gewünschten Weise als Katalysator fungieren. Folglich enthalten die Partikel erheblich weniger Kobalt als die in der Industrie bisher üblichen Katalysatoren. Für den metallischen Kern kommen unterschiedliche Metalle infrage, beispielsweise Eisen, Kupfer oder Magnesium – wobei sich bei der Verwendung von Eisen die geringsten Kosten ergeben.

Das von den europäischen Partnern entwickelte Verfahren zur Herstellung dieser Katalysatoren gewährleistet, dass der zweistufige Aufbau aus magnetischem Kern und kobalthaltiger Schale während der Katalyse erhalten bleibt, so dass die Partikel mehrfach verwendet werden können. Hinzu kommt, dass sich die Größe der Partikel nanometergenau festlegen lässt. Auch dies ist ein wesentlicher Vorteil: Denn die Partikelgröße beeinflusst nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch das Ergebnis der Katalyse.

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