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Weniger Energie für Seltenerdmetallproduktion | Es gibt nun einen kontinuierlichen automatisierten Produktionsprozess für Seltene Erden im 10 000-Tonnen-Maßstab. Den hat ein Team um Sang Xiaoyun am Zentrum für Seltene Erden der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Baotou, Innere Mongolei, ausgearbeitet. Der Prozess senkt die Kohlendioxidemissionen um 80 % und das Abwasseraufkommen um 40 %. Zudem verbraucht er 29 % weniger Energie gegenüber dem üblichen Verfahren der fraktionierten Carbonatfällung mit NH4HCO3 in Ammoniakwasser. Aus der Bayan-Obo-Mine nahe Baotou stammt fast die Hälfte aller weltweit verwendeten Seltenerdmetalle.Grüner Wasserstoff | Seit März läuft auf dem 180 000 m2 großen Fukushima Hydrogen Energy Research Field eine 10-MW-Anlage, die mit Solarstrom bis zu 1200 Nm3 Wasserstoff pro Stunde erzeugen kann. Das japanische Wirtschaftsministerium fördert dieses Projekt und will die Präfektur Fukushima finanziell dabei unterstützen, ihre Energieversorgung auf grünen Wasserstoff umzustellen. In einem ersten Schritt installieren die Städte Fukushima und Naraha Wasserstoffbrennstoffzellen in Sportparks.Rohstoff für PET | Ein japanisches Konsortium will p-Xylen, ein Ausgangsprodukt für Terephthalsäure und damit für PET, aus CO2 und grünem H2 herstellen. Dazu soll der an der Universität Toyama entwickelte Hybridkatalysator Cr/Zn-Zn/Z5@S1 verbessert werden. Er transformiert zurzeit in einem Schritt 55 % des Syngas-CO mit einer Selektivität von 35 % zu Xylen, davon 77 % zum para-Isomer.1) Das japanische Wirtschaftsministerium fördert das Projekt mit umgerechnet 16 Mio. Euro.1) P. Zhang, L. Tan, G. Yang, N. Tsubaki, Chem Sci. 2017, 8, 7941Rolf Schmid, <a href="https://bio4business.eu" target="_blank">bio4business.eu</a>

Meldung

Blick nach Asien

Weniger Energie für Seltenerdmetallproduktion | Es gibt nun einen kontinuierlichen automatisierten Produktionsprozess für Seltene Erden im 10 000-Tonnen-Maßstab. Den hat ein Team um Sang Xiaoyun am Zentrum für Seltene Erden der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Baotou, Innere Mongolei,...

Heizöl und Dieselkraftstoff mit höheren Fettsäuremethylesteranteilen aus regenerativen Quellen verhalten sich im Betrieb und bei der Lagerung anders als bisher üblich. Betriebsstörungen von Motoren und Ölheizungen lassen sich durch Additive in den Brennstoffmischungen vermeiden.
Hersteller führten vor einigen Jahren Heizöl mit 10 Prozent Fettsäuremethylester (fatty-acid-methylester, Fame) als regenerativer Komponente ein. Im Kraftstoffmarkt ist eine Beimischung von bis zu 7 Prozent Fame Standard.Mittlerweile sind Brennstoffe aus regenerativen Quellen – darunter hydrierte Pflanzenöle (HVO), hydrierte Rest- und Abfallstoffe – sowie Fischer-Tropsch-Produkte nach Verfahren wie Power-to-Liquid (PtL) und Gas-to-Liquid (GtL) so weit entwickelt, dass sie mineralölstämmiges Heizöl und Dieselkraftstoff teilweise ersetzen können.Heizöl und Dieselkraftstoff altern während der Lagerung. Mit chemischen Analysen lassen sich Oxidations- und Degradationsprozesse nachweisen, und es sind Farbveränderungen und Trübungen zu erkennen. Die Beimischung von alternativen und biogenen flüssigen Kraft- und Brennstoffen kann dies verstärken. Unter ungünstigen Umständen bilden sich Ablagerungen, und infolgedessen entstehen Betriebsstörungen.<h2>Ursachen von Ablagerungen</h2>Die Ursachen der Ablagerungen und der Wechselwirkungen biogener und konventioneller Kraft- und Brennstoffe mit Werkstoffen wurden vom Herzogenrather Forschungsinstitut OWI Science for Fuels und dem Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen (ITMC) untersucht.1) Fragen waren, wie die betriebsstörenden Ablagerungen im Heizöltank und im Betrieb an den brennstoffführenden Komponenten der Ölheizungsanlage entstehen, welches ihre chemisch-physikalischen Eigenschaften sind und wie sich solche Ablagerungen vermeiden lassen. Um Zusammensetzung und Struktur aufzuklären, waren insbesondere die Kernspinresonanz-Messungen mit einem Tabletop-NMR-Spektrometer aus dem ITMC wichtig (Abbildung oben).<figure><img src="https://media.graphcms.com/EYh7JOoxSTGRz5bKbrmP"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Spinsolve-Tabletop-NMR-Spektrometer für die Strukturaufklärung der Ablagerungen. Foto: ITMC</figcaption></figure>
Beim Erzeugen von Ablagerungen haben die Projektpartner zwei Untersuchungspfade verfolgt: In einem Langzeitversuch lagerten verschiedene Mischungen aus Heizöl mit Fame, HVO und einem synthetischen paraffinischen Produkt über 18 Monate bei 8 oder 40 °C in offenen Behältern, um einen Austausch mit Luftsauerstoff zu gewährleisten. Parallel dazu wurden Bauteile aus Heizölbrennersystemen daraufhin getestet, wie beständig sie gegenüber Alterungsprodukten von Brennstoffen mit biogenen Anteilen sind.Diese Versuche fanden an drei Prüfständen statt, die jeweils Brennstoff durch Bauteile im Kreis führten, um die Ablagerungsbildung in Bauteilen zu forcieren (Abbildung unten):<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Der Pumpenprüfstand erfasste während des Versuchslaufs das Drehmoment;<list-item>der Einzelkomponentenprüfstand erlaubte, Düsen und Ölvorwärmer zu untersuchen, und</list-item><list-item>der anwendungstechnische Prüfstand (Ates) bildete ein Gesamtsystem aus Ölpumpe, Ölfilter, Ölvorwärmer und Öldüse ab.</list-item>Im Verlauf der Versuche wurden Ablagerungen dokumentiert, beprobt und analysiert (Abbildungen auf S. 36).<figure><img src="https://media.graphcms.com/px890XrNQWOfOoi8Bg4g"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Im Kreislaufprüfstand des OWI Science for Fuels durchströmen Brennstoffe brennstoffführende Heizungsbauteile in vier separaten Strängen, um die Bildung von Ablagerungen zu forcieren.</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/CuoehjnhTcibXvj1864d"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Am Sinterfilter einer Brennstoffdüse sind Ablagerungen erkennbar, die zu einem Ausfall des Prüfstands führten. Fotos: OWI</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/233lvBvQHeTtxtBUfAhY"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Innenansichten von Brennstoffpumpen. Links: ausgefallene Pumpe mit Ablagerungen nach einem Versuch über 560 Stunden im Einzelkomponentenprüfstand mit einer Fettsäuremethylester-Kraftstoffmischung. Rechts: Pumpe mit Ablagerungen nach einem Versuch über 1000 Stunden im Einzelkomponentenprüfstand mit einem rein paraffinischen Produkt. Fotos: OWI</figcaption></figure>
<h2>Betriebsstörungen</h2>Sowohl in der Lagerung als auch in den Prüfständen änderten sich die physikalischen Eigenschaften einiger Brennstoffe und ihre chemische Zusammensetzung. Die Ergebnisse, die sich mit den Standardanalyseverfahren etwa für Wassergehalt, Gesamtverschmutzung und Oxidationsstabilität ergaben, zeigten erwartungsgemäß alterungstypische Veränderungen, etwa einen leicht erhöhten Wassergehalt, geringere Oxidationsstabilität und höhere Sedimentmengen.Die paraffinischen Substanzen wie HVO und GtL waren als reine Stoffe sowie als Beimischungen von beispielsweise 10 Prozent zu Heizöl im Alterungsverhalten weitgehend unauffällig. Es traten keine Betriebsstörungen auf.Dagegen haben sich vor allem Brennstoffe mit Fame-Anteilen, etwa Heizöl mit 20 Prozent Fame oder Heizöl mit 26 Prozent HVO und 7 Prozent Fame, als anfällig für Ablagerungen erwiesen.<h2>Bei Kälte</h2>Bei der Langzeitlagerung unterschiedlicher Brennstoffmischungen bis zu 18 Monaten stellte sich wie erwartet heraus, dass Brennstoffproben mit Fame-Anteilen bei Temperaturen von 8 °C und darunter stärker Ablagerungen bilden als paraffinische Brennstoffe oder rein mineralölstämmiges Heizöl. Diese Ablagerungen lösten sich beim Erwärmen auf Raumtemperatur wieder auf.Eine Analyse der kältebedingten Ablagerungen identifizierte überwiegend gesättigte Monoglyceride. Diese waren bei der Herstellung der Fame-Komponente offenbar nicht vollständig verarbeitet worden.<h2>Anwendungsbedingungen</h2>Parallel zur Langzeitlagerung untersuchte das OWI das Verhalten der Brennstoffmischungen in anwendungsnahen Einzelkomponenten- und Kreislaufprüfständen. In Versuchen mit paraffinischen Testbrennstoffen, etwa mit HVO und synthetischem paraffinischem Brennstoff, fanden sich nur geringe Ablagerungsmengen im Inneren der Bauteile.Dagegen zeigte sich, dass die Fame-Anteile in den Brennstoffmischungen zu Ablagerungen führten, die teilweise Prüfstandausfälle zur Folge hatten. Diese Ablagerungen bestanden vornehmlich aus oxygeniertem Fame und langkettigen Alkanen sowie zum Teil aus Polyaromaten. Antioxidanzien in den B20-Proben – sie enthalten 80 Prozent Heizöl und 20 Prozent Fame – verzögerten einen Ausfall des Prüfstands, obwohl die Dosierung des Additivs aus methodischen Gründen unterhalb der Herstellerempfehlung blieb.<h2>Fazit der Forschenden</h2>Um die Fame-bedingte Neigung zur Ablagerungsbildung bei Temperaturen von unter 8 °C zu unterbinden, ist zu beachten:<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Bei der Fame-Herstellung möglichst alle Monoglyceride umsetzen.<list-item>Mischungen aus Heizöl und Fame mit Additiven versetzen.</list-item>Bei der Brennstofflagerung sollten für Heizölkeller übliche Temperaturen von 15 bis 18 °C eingehalten werden. Höhere Temperaturen beschleunigen die Alterungsvorgänge. Auch Buntmetalle wie Kupfer in brennstoffführenden Komponenten der Ölheizungssysteme führen zu einer schnelleren Brennstoffalterung und zu Ablagerungen. Um diese Effekte zu verringern, sollten Mischungen aus Heizöl und Fame mit Antioxidanzien versetzt werden.Paraffinische Brennstoffe bilden weniger Ablagerungen, weil sie weniger reaktive Bestandteile enthalten.Mit den Erkenntnissen aus dieser Untersuchung sollten<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Methoden für die Herstellung und Analyse von Mischungen aus Mitteldestillaten wie Diesel und Heizöl mit Fame erarbeitet werden,<list-item>Additivprodukte abgeleitet und</list-item><list-item>Mischungen aus 80 Prozent Heizöl und 20 Prozent Fame unter praxisnahen Bedingungen untersucht werden.</list-item><h2>AUF EINEN BLICK</h2>Ablagerungen im Heizöltank und an brennstoffführenden Komponenten einer Anlage stören deren Betrieb.Es gibt temperaturbedingte und von Brennstoffbeimischungen abhängige Ablagerungen.Paraffinische Brennstoffe und Brennstoffzusätze bilden weniger Ablagerungen.Eine Additivierung Fame-haltiger Brennstoffe mit Antioxidanzien kann Betriebsstörungen verhindern.<h2>Die Autoren</h2>Den Beitrag verfassten Karin Brendel, OWI Science for Fuels, Anton Duchowny, Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie am Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen, Michael Ehring, Tec4Fuels, Herzogenrath, Bernhard Blümich und Alina Adams, beide Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie am Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen sowie Wilfried Plum, OWI Science for Fuels.
<ul><li>
1 Das IGF-Vorhaben 18951 N der Forschungsvereinigung Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für Erdöl, Erdgas und Kohle – DGMK, Überseering 40, 22297 Hamburg wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.</li></ul>

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