Methanol to Sustainable Fuels and Chemicals

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502717-WP7

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Fischer-Tropsch-Route ist der heute am weitesten entwickelte Prozess zur Herstellung nachhaltiger Kraftstoffe (NK). Er weist jedoch eine beschränkte Produktselektivität auf und benötigt die Reversed-Water-Gas-Shift-Reaktion zur Nutzung von CO₂. Zudem erfordert die Herstellung von Kerosin zusätzliche Schritte, was diese Route ineffizient macht.

Die alternative Methanol-Route hat eine bessere Selektivität für Diesel und Benzin, was in kommerziellen Anlagen in Neuseeland und China bereits gezeigt wurde. Diese Route hat ein grosses Potenzial für die Herstellung von NK direkt aus CO₂.

Das WP7 zielt auf die Umwandlung von nachhaltigem Methanol in Kerosin und nachhaltige Plattformchemikalien (NPC) ab, wobei der Schwerpunkt auf der Entwicklung geeigneter Katalysatoren und optimaler Reaktionsbedingungen liegt. Die Hauptziele der Katalysatorentwicklung sind hohe Aktivität, Selektivität und optimale Stabilität der Katalysatoren bei minimalen Kosten.

Ein besonderer Aspekt ist die Untersuchung innovativer Reaktionskonzepte wie induktiv beheizte Reaktoren und sorptions-verstärkte Synthese. Diese Konzepte können die Produktionskosten senken, da sie eine bessere Energieeffizienz und höhere Umsätze bieten sowie einen geringeren Bedarf an Produktaufbereitung aufweisen.

Die Zwischenprodukte der Methanol-Route sind die Plattformchemikalien Ethylen und Propylen, die als Ausgangsstoffe für die Herstellung von Kunststoffen und vielen Chemikalien verwendet werden können. Daher wird das WP7 das Potenzial von Methanol, Ethylen, Propylen und höheren Olefine als NPCs untersuchen.

Die detaillierten Ziele sind:

• Entwicklung von Katalysatoren für die Produktion NPC und NK aus Methanol.
• Entwicklung von katalytischen Verfahren zur Herstellung von NK oder Olefinen als NPC aus Methanol mit diesen Katalysatoren.
• Identifizierung von NPC, die den Bedürfnissen der chemischen Industrie entsprechen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The Fischer-Tropsch route is an advanced process for the production of sustainable fuels (SF) today. However, it has limited product selectivity and requires the reversed water-gas shift reaction to utilise CO2. In addition, the production of kerosine requires additional steps, which makes this route inefficient. 

The alternative methanol route has better selectivity to diesel and gasoline, which has already been demonstrated in commercial plants in New Zealand and China. This route has great potential for the production of SF directly from CO2. 

WP7 aims at the conversion of sustainable methanol to kerosine and sustainable platform chemicals (SPC), focussing on the development of suitable catalysts and optimal reaction conditions. The main objectives of catalyst development are high activity, selectivity and optimum stability of the catalysts at minimum cost. 

One aspect is the investigation of innovative reaction concepts such as inductively heated reactors and sorption-enhanced synthesis. These concepts can reduce production costs, as they offer better energy efficiency, higher conversion and less product processing steps.

The intermediates of the methanol route are the platform chemicals ethylene and propylene, which can be used as feedstocks for the production of plastics and many chemicals. Therefore, WP7 will investigate the potential of methanol, ethylene, propylene and higher olefins as SPCs. 

The detailed objectives are: 

• Development of catalysts for the production of SPC and SF from methanol.
• Development of catalytic processes for the production of SF or olefins as SPC from methanol with these catalysts.
• Identification of SPCs that meet the needs of the chemical industry.

Kurzbeschreibung (Französisch)

La réaction de Fischer-Tropsch est aujourd'hui un processus permettant la production de carburants synthétique (CS). Cependant, sa sélectivité et son efficacité pour la production de kérozènes sont limitées.

En revanche, il a été montré industriellement (en Nouvelles-Zélande et en Chine) que la production depuis le méthanol est davantage sélective vers le diesel et l'essence. Cette voie présente donc un potentiel certain pour la production directe de SF à partir de CO₂.

Le WP7 vise à convertir le méthanol en kérosène et produits chimiques durables (PCD), en se concentrant sur le développement de catalyseurs et de conditions de réaction optimales.

Un aspect du projet est l'étude de concepts de réaction innovants tels que les réacteurs à chauffage inductif et la synthèse améliorée par sorption. Ces concepts peuvent réduire les coûts de production, car ils offrent une meilleure efficacité énergétique, une conversion plus élevée et moins d'étapes de traitement des produits.

Les intermédiaires réactionnels générés correspondent à des produits chimiques de base tels que l'éthylène et le propylène, pouvant être utilisés comme matières premières pour la production de plastiques et de nombreux produits chimiques. Par conséquent, le WP7 étudiera le potentiel du méthanol, de l'éthylène, du propylène et des oléfines supérieures en tant que PCD. 

Les objectifs détaillés sont les suivants: 

• Développement de catalyseurs pour la production de PCD et de CS à partir du méthanol.
• Développement de procédés catalytiques pour la production de SF ou d'oléfines comme PCD à partir du méthanol avec ces catalyseurs.
• Identification des PCD qui répondent aux besoins de l'industrie chimique.

Kurzbeschreibung (Italienisch)

La limitata selettività, la necessità di usare la reazione inversa di spostamento del gas d’acqua per utilizzare la CO₂ e gli ulteriori passaggi richiesti per produrre cherosene rendono il processo Fischer-Tropsch inefficiente. Come già dimostrato in impianti commerciali in Nuova Zelanda e Cina, l’alternativa che prende in considerazione il metanolo ha una migliore selettività sia a Diesel che a benzina e quindi anche un maggiore potenziale per la produzione di combustibili sintetici (CS) direttamente dalla CO₂.

Il WP7 mira a convertire il metanolo sostenibile in cherosene e in prodotti chimici di piattaforma sostenibili (PC), concentrandosi sullo sviluppo di catalizzatori e sull’ottimizzazione delle condizioni di reazione. Gli obiettivi principali dello sviluppo dei catalizzatori sono l’elevata attività, la selettività e la stabilità a basso costo. I reattori a riscaldamento induttivo e la sintesi potenziata da adsorbimento, che possono ridurre i costi di produzione offrendo una migliore efficienza energetica, una conversione più elevata e meno fasi di lavorazione del prodotto verranno studiati come concetti di reazione innovativi. Dato che le molecole piattaforma etilene e propilene, intermedi della trasformazione del metanolo, possono essere utilizzate come materie prime per la produzione di plastiche e di prodotti chimici, il WP7 studierà il potenziale di metanolo, etilene, propilene e olefine superiori come PC con questi obiettivi: 

• lo sviluppo di catalizzatori per la produzione di PC e CS da metanolo;
• lo sviluppo di processi catalitici per la produzione di CS o olefine come PC da metanolo;
• l’identificazione di PC che soddisfino le esigenze dell'industria chimica.