Projekttitel
Elektrosynthetische Herstellung von Paraffinen aus TallölProjektvolumen
Ca. 862 T€Projektlaufzeit
06/2023 – 05/2026Projektkoordinator
Dr. Johannes Seidler
ESy-Labs GmbHESy-Labs Projektleitung
Dr. Johannes Seidler, ESy
E-Mail: esypartall@esy-labs.de
Motivation
Der Paraffinmarkt besitzt allein in den USA einen Umsatz von mehr als 1 Mrd. USD. Weltweit werden Paraffine zu etwa je einem Drittel von den USA, Europa und Asia-Pazifischen Staaten produziert. Ein Großteil des Paraffins findet in Verpackungen sowie der Kerzenherstellung Anwendung. Die Kosmetikindustrie ist ein wachsender Anwender von Paraffin, wobei eine steigende Nachfrage nach bio-basierten Wachsen und Ölen beobachtet wird. In der Holzverarbeitung wird Tallöl (Crude Tall Oil - CTO) entweder destillativ in die Komponenten getrennt oder energetisch genutzt. Da Tallöl hauptsächlich aus ungesättigten Fettsäuren, wie Ölsäure oder Linolsäure, besteht, kann der Fettsäureanteil (Tall Oil Fatty Acids – TOFA) über Destillation erhalten werden. Das geplante Vorhaben ergänzt diese hauptsächlich energetischen Anwendungen, um die Herstellung von biobasierten Weißölen und Paraffinen mithilfe der Kolbe-Elektrolyse. Der innovative Gedanke des Vorhabens ist die Kopplung der Verwendung eines Reststoffs (TOFA), welcher überwiegend thermisch genutzt wird, mit der Kolbe-Elektrolyse, um mithilfe erneuerbaren Stroms Wertprodukte (Paraffine) zu generieren. Die Nutzung der Kolbe-Elektrolyse ermöglicht es außerdem die Herstellung eines/des bisher mineralölbasierten Produkts (Paraffin) unter Verwendung nachwachsender Rohstoffe (TOFA).
Ziele und Vorgehen
Gesamtziel des Projektes ist die Entwicklung (i) der chemischen Umsetzung von Fettsäuren mittels Kolbe-Elektrolyse (ii) eines passgenauen Elektrolyseurs und (iii) der Hochskalierung zur Herstellung von Mustermengen an Weiß- bzw. Paraffinölen auf Basis von biobasierten Fettsäuren aus der Tallöldestillation. Diese werden in Formulierungen für Kosmetik- oder Bauprodukten getestet werden. Am Ende wird ein technischer Elektrosyntheseprozess etabliert und dessen Wirtschaftlichkeit inkl. einer ersten LCA abgeschätzt sein. Bioraffineriekonzepte, zu welchen auch dieses Projekt gehört, werden in Zukunft mehr und mehr dazu beitragen, fossile durch heimische und biobasierte Rohstoffquellen zu ersetzen. In den letzten Jahrzehnten ist das Interesse an Lignin und den enthaltenen Fettsäuren stetig gewachsen, wobei bis heute noch kein industrieller Prozess zur stark wertgesteigerten Verwertung dieser Reststoffe, und somit eine Erweiterung des Bioraffineriekonzeptes zur Herstellung von Spezialchemikalien, erreicht werden konnte. Dies soll mit diesem Projekt erfolgen. Zur Erreichung des Gesamtziels wird auf Basis von Realproben aus der Tallöldestillation mit Hilfe der Kolbe-Elektrolyse ein Elektrosyntheseprozess entwickelt, der unter Abspaltung der Säurefunktionalität aus den „tall oil fatty acids“ (TOFA) die beiden linearen und ggf. ungesättigten Alkylreste zu Weißölen bzw. Paraffinen verknüpft. Am Ende ist die Entwicklung einer Laboranlage zur Prozessskalierung und Herstellung von Mustermengen und deren Formulierung in kosmetischen wie bauchemischen Produkten vorgesehen. Um aus dem Konsortium eine Wertschöpfungskette abbilden zu können und den Prozess technisch zu realisieren, wird über den Betrieb der Laboranlage eine Abschätzung der Wirtschaftlichkeit erarbeitet.
Innovationen und Perspektiven
Das Projekt baut auf der bereits bestehenden Destillation von Tallöl und der damit verbundenen Gewinnung von „Tall Oil Fatty Acids (TOFA)“, also Fettsäuren aus Tallölen, auf. Das wissenschaftliche Ziel besteht aus der Einstellung des Hydriergrades der ungesättigten Anteile parallel zur elektroorganischen Synthese der Weißöle und Paraffine und der damit verbundenen Entwicklung des Systems Elektrode und Elektrolyt. Die Elektrosynthese bietet hier ein elegantes Werkzeug, diese chemischen Fragestellungen in einem System zu etablieren. Die Eigenschaften der Elektrolyseprodukte werden jeweils mit Blick auf die jeweilige Endanwendung optimiert. Hierzu werden die TOFAs mit anderen biogenen Carbonsäuren über die gekreuzte Kolbe-Elektrolyse kombiniert. Die technischen Ziele sind darauf ausgerichtet, auf Basis der chemischen Ergebnisse einen passgenauen Elektrolyseur und die zugehörige Laboranlage zu etablieren. Ein wichtiger Teil dieser Anlage ist das Downstream Processing, um die Produkte in sauberer Form zu gewinnen. Diese technischen Ziele werden durch die Formulierung von Produkten und der Abschätzung der Wirtschaftlichkeit abgerundet. Hierbei wird auf die Anwendung von biogenen Rohstoffen eingegangen und bei unvorhergesehenen Fragestellungen innovativ reagiert, um lösungsorientiert Techniken und Gerätekomponenten weiterzuentwickeln.