Für die Herstellung von Polyethylen, welches zum Beispiel in Folienprodukten zu finden ist, wird Ethylen als Monomer benötigt. Die Herstellung von Ethylen basiert heutzutage hauptsächlich auf fossilen Rohstoffen. Durch Steamcracking werden die fossilen Rohstoffe zu kurzkettigen Molekülen wie beispielsweise Ethylen oder Propylen umgewandelt. Bei diesem Prozess, sowie der End-of-Life Nutzung des Endprodukts, entstehen erhebliche CO2 Emissionen. Allerdings gibt es neue, nachhaltige Prozessrouten für die Herstellung von Ethylen, welche um eine weitere vielversprechende Route durch die Arbeiten an der Professur für Regenerative Energiesysteme erweitert wurde.
Daniel Klüh hat zusammen mit einem Team von finnischen Wissenschaftlern der Technischen Universität Lappeenranta (Harri Nieminen, Kristian Melin, Arto Laari und Tuomas Koiranen) eine neue Herstellungsroute entwickelt und bilanziert. Wie in der Abbildung (gelbe Boxen) dargestellt ist, wird Kohlenstoffmonoxid aus der Vergasung von Biomassereststoffen gewonnen und elektrochemisch umgewandelt. In der elektrochemischen Reaktion entstehen neben Ethylen noch weitere wertvolle Produkte wie Sauerstoff, Wasserstoff, Ethanol und Essigsäure. Diese neue Route steht einer in der Wissenschaft schon oft beschriebenen Route mit CO2 als Ausgangsstoff gegenüber (rote Boxen, nachfolgend Vergleichsprozess genannt).
Anhand einer techno-ökonomischen Bewertung wurde gezeigt, dass die Gestehungskosten für Ethylen über die elektrochemische Reduktion von Kohlenstoffmonoxid circa dreimal so hoch liegen wie übliche Marktpreise. Die Gestehungskosten des Vergleichsprozess liegen jedoch 4- bis 6-mal so hoch. Die Energieeffizienz des Prozesses konnte auf 42-43% verbessert werden im Vergleich zu 28 % für den Vergleichsprozess. Außerdem können die CO2 Emissionen gegenüber dem Vergleichsprozess deutlicher reduziert werden. Damit kann bei Einsatz von grünem Strom zum Betrieb der Anlage, ein breites Spektrum an emissionsarmen chemischen Rohstoffen produziert werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass durch eine weitere Optimierung der Selektivität zu Ethylen nicht wesentlich niedrigere Kosten oder höhere Effizienzen erreicht werden. Die Nutzung eines etablierten Prozesses zur Umwandlung von Ethanol zu Ethylen kann mit einem weniger selektiven Prozess trotzdem eine höhere Ethylenausbeute erreicht werden.
Weiter Informationen können der folgenden Publikation (open access) entnommen werden: