Forscher der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg haben ein neues Verfahren zur Gewinnung von Acrylsäure entwickelt, das auf die Flüssigphasen-Dehydratisierung von fermentativ gewonnener Milchsäure setzt. Es verspricht Vorteile gegenüber der heute üblichen Produktion aus Propen: Mildere Reaktionsbedingungen, eine einfachere Reaktortechnologie und eine biobasierte Rohstoffquelle.
Die Verfahrensentwicklung erfolgte in Kooperation mit dem Industriepartner Procter & Gamble (P&G). Gefördert hat das Vorhaben das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR).
Jährlich werden weltweit über 5 Millionen Tonnen Acrylsäure zu Konsumgütern verarbeitet. Acrylatpolymere spielen zum Beispiel bei der Herstellung von Lacken, Beschichtungen, Klebern und als Flüssigkeitsabsorber in Hygieneprodukten wie Windeln eine wichtige Rolle. Heute produziert man Acrylsäure über einen zweistufigen Oxidationsprozess aus dem fossilen Propen. Die Herstellungstechnologie ist vergleichsweise aufwändig und teuer. Die Forscher entwickelten nun mit der Flüssigphasen-Dehydratisierung von Milchsäure eine vielversprechende Verfahrensalternative.
Das entwickelte katalytische Reaktionssystem basiert auf einer von einem Nukleophil unterstützten Dehydratisierung, von den Forschern kurz als NADA — Nucleophile Assisted Dehydration to Acrylates bezeichnet. Das NADA-System setzt Milchsäure und Milchsäure-Derivate durch Bromwasserstoff-Katalyse bei Ausbeuten von ca. 80 Prozent zu Acrylsäure um. Im Zuge der NADA-Entwicklung identifizierten die Forscher neuartige, vielversprechende Milchsäurederivate wie 2‑Brompropionsäure, die sich aus kommerziell erhältlichen Substraten wie Milchsäure oder Dilactid synthetisieren und zu Bio-Acrylsäure umwandeln lassen. Darauf basierend wurde die NADA-Technologie in mehrere Prozess-Fahrweisen aufgeteilt. Die erforderliche Reaktionstemperatur des NADA-Systems liegt bei rund 200 °C und ist damit niedriger als die 250 bis 400 °C, bei der die Acrylsäuregewinnung aus Propen abläuft. Die bereits vor dem Projekt in Versuchen erfolgreich durchgeführte Milchsäuren-Dehydratisierung durch Gasphasenreaktion benötigt Temperaturen von 300 bis 400 °C.
Die Forscher bauten und optimierten auf Basis der entwickelten NADA-Technologie eine kontinuierlich arbeitende Miniplant-Laboranlage. Aktuell wird die wirtschaftlich vielversprechendste Variante der möglichen NADA-Prozess-Fahrweisen vom Industriepartner P&G technisch und ökonomisch validiert. P&G sucht außerdem einen Technologiepartner für eine Weiterentwicklung des Verfahrens in den großtechnischen Maßstab.
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