Methan in Methanol umwandeln statt abfackeln

«Auf Satellitenaufnahmen der nächtlichen Erde ist der Mittlere Osten hell erleuchtet. Und dies nicht etwa, weil es dort besonders viele und grosse beleuchtete Siedlungen gibt, sondern wegen der Methanabfackelung auf den Ölfeldern», verdeutlicht Jeroen van Bokhoven, Professor für heterogene Katalysatortechnik an der ETH Zürich und Leiter des Labors für Katalyse und nachhaltige Chemie am Paul Scherrer Institut in Villigen, die aktuelle Ausgangssituation.

Der derzeit verschwenderische Umgang mit Methan ist eine Folge geringer wirtschaftlicher Rentabilität, das Gas in die einfacher zu transportierende und reaktionsfreudigere Flüssigkeit Methanol zu überführen. Im industriellen Massstab wird diese Umwandlung derzeit in einer indirekten, aufwendigen und energieintensiven Methode praktiziert - und zwar mit der Produktion von Synthesegas als Zwischenschritt. «Die einfache direkte Umwandlung von Methan in Methanol gilt als die Traumreaktion vieler Chemiker», erläutert van Bokhoven.

200 statt 450 Grad Celsius

Die Industrie hat bereits ihr Interesse an dem neuen Ansatz der Schweizer bekundet - nicht zuletzt auch deshalb, weil aufgrund der weltweit zunehmenden Förderung von Schiefergas immer mehr Methan anfällt. Heute ist bereits eine Umwandlung von Methan in Methanol möglich, jedoch nur mit sehr hohen Temperaturen, oft bis zu 450 Grad Celsius. Van Bokhoven und seine Kollegen haben nun aber zeigen können, dass dieser Reaktionszyklus auch bei konstanten 200 Grad stattfinden kann - die Energieeinsparung ist in diesem Fall enorm.

Die Fachleute nutzten Methan mit grösserem Druck: 36 bar statt bisher unter einem bar. «Die konstante Temperatur macht den Prozess für die Industrie viel einfacher», so Patrick Tomkins, Masterstudent bei van Bokhoven und Erstautor. Mit Röntgenabsorptionsspektroskopie-Untersuchungen konnten die Forschenden ausserdem zeigen, dass die Reaktion im Katalysator bei der neuen Tieftemperatur-Hochdruck-Methode auf atomarer Ebene nicht an denselben Stellen stattfindet wie bei der bisherigen ineffizienten Hochtemperatur-Methode.

(bert/pte)