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Die Erfinder des Verfahrens zur
Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe aus den Gasen
Kohlenmonoxid und Wasserstoff mit Hilfe von Metallkatalysatoren:
Prof. Dr. Franz Fischer (oben) und Dr. Hans Tropsch.
Bilder: Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
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Im Jahre 1925 meldeten
Professor Franz Fischer, Gründungsdirektor des Mülheimer
Kaiser-Wilhelm-Instituts für Kohlenforschung, und sein
Abteilungsleiter Dr. Hans Tropsch ein Verfahren zur Herstellung
flüssiger Kohlenwasserstoffe aus den Gasen Kohlenmonoxid und
Wasserstoff mit Hilfe von Metallkatalysatoren zum Patent an. Die
hierbei synthetisierten Kohlenwasserstoffe bestehen hauptsächlich aus
flüssigen Alkanen, auch Paraffinöle genannt. Als Nebenprodukte erhält
man noch Olefine, Alkohole und feste Paraffine (Wachse).
Die benötigte Gasmischung aus Kohlenmonoxid und
Wasserstoff, das so genanntes Synthesegas, lässt sich aus Koks oder
Kohle durch Umsetzung mit Wasserdampf und Sauerstoff bei Temperaturen
oberhalb von 900 Grad Celsius in der Kohlevergasung erzeugen. Auch das
Leucht- und Stadtgas bestand früher, bevor es seit den 1970-ziger
Jahren durch importiertes Erdgas (Methan) ersetzt wurde, aus
Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemischen, die in den städtischen Gaswerken
durch Vergasung von Koks hergestellt wurden. Kohlevergasung und die
von Fischer und Tropsch vor 80 Jahren entdeckte
Kohlenwasserstoffsynthese bilden zusammen eine zweistufige
Reaktionsfolge, mit der man den festen Brennstoff Kohle in flüssige
Treibstoffe wie Dieselkraftstoff und Benzin umwandeln kann.
Der zweite Weg zur Verflüssigung von Kohle ist die
nur wenige Jahre zuvor von Friedrich Bergius 1913 in Hannover
gefundene Kohlehydrierung, heute direkte Kohleverflüssigung genannt,
bei der Kohle mit Wasserstoff zu einem Kohleöl umgesetzt wird, das
anschließend ähnlich wie Erdöl in Raffinerien zu Benzin
weiterverarbeitet werden kann. Allerdings lassen sich nach dem
Bergius-Verfahren nur Braunkohlen und "geologisch junge" Steinkohlen,
sog. hoch-flüchtige Steinkohlen, direkt verflüssigen, während die
indirekte Kohleverflüssigung über die Herstellung von Synthesegas und
Fischer-Tropsch-Synthese allgemein auf alle Kohlen sowie auch auf
andere kohlenstoffhaltige Rohstoffe anwendbar ist.
Die Umsetzung der Fischer-Tropsch-Synthese im
Industriemaßstab erfolgte ab 1935 bei der Ruhrchemie in Oberhausen,
dem heutigen Werk Ruhrchemie der Celanese AG. Anfang der 1940-ziger
Jahre wurden in neun deutschen Produktionsanlagen insgesamt etwa
600.000 Tonnen flüssige Kohlenwasserstoffe pro Jahr aus Kohle nach dem
Mülheimer Verfahren hergestellt. In Lizenz der Ruhrchemie waren
weitere vier Anlagen in Japan sowie je ein Werk in Frankreich und in
der Mandschurei in Betrieb. Nach dem zweiten Weltkrieg hat die
Konkurrenz des Erdöls das Synthesebenzin aus Kohle unrentabel werden
lassen. Nur die Republik Südafrika hat aus politischen Gründen ab 1950
in Sasolburg neue Produktionsanlagen zur Fischer-Tropsch-Synthese
errichtet. Gegenwärtig produzieren die zwei Anlagen von Sasol Synfuels
aus 45 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr etwa 28 Prozent des
südafrikanischen Bedarfs an Dieselkraftstoff und Benzin.
Synthesegas kann auch aus Erdgas - und zwar
kostengünstiger als aus Kohle - erzeugt werden. Seit 1993 betreiben
Shell in Malaysia (Bintulu) und PetroSA in Südafrika (Mossel Bay)
industrielle Fischer-Tropsch-Synthesewerke, in denen aus Erdgas
hergestelltes Synthesegas zur Produktion von flüssigen Kraftstoffen
eingesetzt wird (Gas To Liquid = GTL). Ein drittes derartiges
Produktionswerk für synthetische Kraftstoffe wird zurzeit in Katar am
Persischen Golf von Sasol und Qatar Petroleum gebaut. 2004 wurde
weltweit die Planung von insgesamt neun weiteren GTL-Anlagen
angekündigt, bei denen in der Mehrzahl der Fischer-Tropsch-Prozess zur
Anwendung kommen dürfte.
Seit einigen Jahren werden in Deutschland am
Forschungszentrum Karlsruhe, an der Technischen Universität Clausthal
sowie in Freiberg bei Choren Industries GmbH, Future Energy GmbH und
an der dortigen Technischen Universität neue Prozesse zur Herstellung
von flüssigen Kraftstoffen aus Biomasse (Biomass To Liquid = BTL)
entwickelt. Bei allen diesen BTL-Technologien wird ebenfalls die
Fischer-Tropsch-Synthese angewendet, für die das benötigte Synthesegas
durch Vergasungsprozesse von Holz, Stroh und anderen Rohstoffen
pflanzlichen Ursprungs hergestellt wird.
Angesichts des rasanten Preisanstiegs von Erdöl und
der dramatischen Folgen, welche die diesjährige Hurrikansaison für die
amerikanische Ölförderung und -verarbeitung im Golf von Mexiko hatte,
besinnt man sich in den USA auf die riesigen Vorräte heimischer Kohle.
2006 will man in Gilberton, Pennsylvania, mit dem Bau der ersten
amerikanischen Anlage zur Produktion von Dieselkraftstoff aus Kohle
beginnen, bei der die indirekte Kohleverflüssigung (Coal To Liquid =
CTL) mittels Kohlevergasung und nachfolgender Fischer-Tropsch-Synthese
angewendet wird. Zwei weitere ähnliche amerikanische Projekte sind in
der Diskussion und auch China, das schon 2002 mit der Planung einer
kommerziellen Anlage zur direkten Kohlenverflüssigung
(Kohlehydrierung) in der Provinz Innere Mongolei begonnen hat,
investiert neuerdings ebenfalls in die auf der
Fischer-Tropsch-Synthese beruhende indirekte CTL-Technologie.
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