Evonik Industries hat in einer Technikumsanlage erstmals gezeigt, dass neuartige SILP-Katalysatorsysteme rund 2.000 Stunden lang zuverlässig arbeiten können. Die hohe Standzeit ist ein wesentlicher Beleg dafür, dass diese wirtschaftlich und ökologisch interessanten Katalysatorsysteme industriell nutzbar sind. SILP steht für Supported-Ionic-Liquid-Phase und beschreibt eine Technik, mit der homogene Katalysatoren mit Hilfe ionischer Flüssigkeiten auf feste Materialien wie Silizium- oder Aluminiumoxid aufgebacht werden.

Die Forscher setzten die neuen Katalysatorsysteme in der Hydroformylierung ein, einer industriell bedeutenden Reaktion, mit der die chemische Industrie aus Olefinen und Synthesegas Aldehyde gewinnt. Aldehyde sind unter anderem Vorprodukte für Weichmacheralkohole. Prof. Robert Franke, im Segment Perfomance Materials verantwortlich für das Innovationsmanagement Hydroformylierung, sagt: „Mit unseren Forschungsarbeiten und gerade in Zusammenarbeit mit dem Geschäftsgebiet Verfahrenstechnik & Engineering vergrößern wir unseren Technologievorsprung und leisten einen wesentlichen Beitrag, um unsere integrierten Technologieplattformen und effizienten Prozesse leistungsfähig zu halten.“

In großtechnischen Hydroformylierungen werden heute ausschließlich homogene Katalysatoren als effiziente Reaktionsbeschleuniger mit hoher Wirksamkeit eingesetzt. Pluspunkte homogener Katalysatoren sind hohe Selektivität und Aktivität bei niedrigen Temperaturen. Da sie in der Reaktionsmischung gelöst sind, müssen sie jedoch nach der Reaktion aufwendig abgetrennt und recycliert werden. Bei heterogenen Katalysatoren, die als Feststoff vorliegen, ist dies einfacher.

Die neuen SILP-Katalysatorsysteme vereinen die Vorteile von homogenen und heterogenen Katalysatoren. Auf der Suche nach geeigneten SILP-Katalysatorsystemen für die Hydroformylierung war Evonik in den vergangenen vier Jahren gemeinsam mit der Universität Erlangen-Nürnberg und der Technischen Universität Darmstadt in dem Verbundprojekt HY-SILP des Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Franke sagt: „Als Spitzenreiter erwies sich ein Rhodiumkomplex mit einem Liganden auf Basis einer polyzyklischen Anthrazentriol-Struktur. Die ionische Flüssigkeit besteht aus einem Imidazolium-Kation und einem Anion auf Basis eines binären Amins.“ Dieser SILP-Katalysator zeigte in den Tests eine Langzeitstabilität von mehr als 2.000 Stunden. Franke weiter: „Damit ist es unserem Team gemäß publiziertem Stand der Technik erstmals gelungen, ein SILP-System zu entwickeln, dessen Stabilität in einem für einen technischen Prozess wie die Hydroformylierung interessanten Bereich liegt.“

Die Simulation einer großtechnischen Hydroformylierung mit einem zusätzlich integrierten SILP-Katalysatorsystem ergab darüber hinaus eine Kohlendioxideinsparung von gut zwei Prozent im Vergleich zum bereits recht energieeffizienten Prozess von Evonik mit einem homogenen Katalysator. Franke zieht Fazit: „Der SILP-Katalysator zeigt insgesamt gute Ergebnisse, auch wenn wir auf eine noch höhere CO2-Ersparnis abzielen. Vor dem Einsatz in einer großtechnischen Anlage sind darüber hinaus weitere Fragen zu klären: Insbesondere suchen wir Liganden, die die Ausbeute der Hydroformylierung weiter steigern und zugleich noch bessere Standzeiten mit sich bringen.“