Methan: Säure macht nützlich

Funktionalisierung von Methan zu Methansulfonsäure

29.07.2016 Erdgas ist als Energieträger mindestens so bedeutend wie Erdöl – wenn nicht sogar bedeutender. Es verbrennt sauberer und effizienter und gilt deshalb als klimafreundlichster fossiler Brennstoff. Pipelines aus Russland sind mindestens ebenso häufig Gesprächsthema wie Fracking in den USA oder übersprudelnde Ölbrunnen in Arabien.

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August 2016

Bild: Fotolia – vector_master

Als Rohstoffquelle dagegen hinkt das Gas dem Öl meilenweit hinterher. Erdöl bildet fast die komplette Grundlage der industriellen organischen Chemie. Der Erdgas-Hauptbestandteil Methan ist dagegen einfach zu träge, um bedeutende chemische Reaktionen einzugehen. Das bei der Erdölförderung oder in Ölraffinerien anfallende Methan gilt geradezu als Beifang, die Weiterverwendung ist zu unwirtschaftlich. Da Methan ein viel stärkeres Treibhausgas ist als Kohlendioxid (CO2), wird es beispielsweise am Kopf der Raffineriekolonnen schlicht abgefackelt und so in Form von CO2 „entsorgt“. Ein leuchtendes Symbol der Unwirtschaftlichkeit: „Aus chemischer Sicht ist das reine Verschwendung,“ urteilt Dr. Ingo Biertümpel, Leiter der Forschung und Entwicklung im Geschäftsbereich Chemie der Grillo-Werke.

„Einfacher geht’s nicht“
Doch damit könnte es bald vorbei sein, denn die Grillo-Chemiker haben einen „heiligen Gral der Chemie“ gefunden: Die Veredelung des reaktionsträgen Methans in eine höherwertige Chemikalie, nämlich Methansulfonsäure (MSA). Es lässt sich damit „nicht nur energetisch, sondern auch chemisch nutzen“, sagt Dr. Christian Ohm, im Grillo-Vorstand verantwortlich für den Chemiebereich. Nötig sind dazu lediglich Methan und Schwefeltrioxid (SO3) sowie der eigentliche Durchbruch der Entdeckung: der passende Aktivator. Damit reichen überraschend milde Reaktionsbedingungen mit moderaten Temperaturen und Drücken aus. Die erzielte Ausbeute ist hoch, die Reaktion verläuft fast quantitativ. „Einfacher geht’s nicht, MSA herzustellen,“ meint der für das Projekt verantwortliche Chemiker Dr. Timo Ott, Leiter der Produkt- und Verfahrensentwicklung.
Der Weg dorthin war allerdings nicht ganz so einfach. Zur Synthese von MSA sind bereits mehrere Reaktionen im Einsatz, und auch das Umsetzen von Methan und SO3 ist bereits seit 1946 bekannt. Allerdings waren die bekannten Umsetzungen nicht besonders erfolgreich: „Wenn man Ausbeuten von 10 % hatte, dann wurde schon gejubelt“, beschreibt Biertümpel die frühere Situation. Auch in den Grillo-Werken gab es bereits Mitte der 1990er Jahre einen Prozess zur Produktion von MSA, der jedoch an demselben Problem litt wie die generelle Verwertung von Methan als Rohstoff: leider zu unwirtschaftlich. Nach immer neuen Bemühungen in Industrie und Forschungseinrichtungen über die letzten rund 30 Jahre entwickelten die Duisburger Chemiker schließlich den Prozess mit den heutigen Dimensionen.
MSA ist ein interessantes Produkt. Als starke, nicht-oxidierende Säure ist sie beispielsweise bei Reinigungseinsätzen beliebter als die anorganische Salz- oder Schwefelsäure. Sie gilt als weniger gefährlich, ist außerdem toxikologisch unbedenklich und biologisch abbaubar. Den Status einer Plattformchemikalie hat MSA allerdings bislang nicht erreicht – noch nicht. Der wirtschaftliche Zugang könnte das ändern. Die großtechnische Produktion von MSA mit dem neuen Verfahren ist bereits geplant, eine entsprechende Anlage soll schon im Jahr 2019 den Betrieb aufnehmen.
Weitere Möglichkeiten der Methanaktivierung könnten schon bald auf diesen ersten Schritt folgen und die Funktionalisierung zu anderen Ausgangsstoffen ermöglichen. Methan wird damit als chemischer Rohstoff an Bedeutung gewinnen. Zur Erdöl-Chemie könnte sich eine ähnlich bedeutende Erdgas-Chemie gesellen. Steht damit ein Gamechanger auf dem Rohstoff-Markt der chemischen Industrie im Raum? „Ganz bestimmt“, sind sich Ohm und Biertümpel einig.

Regenerative Rohstoffquelle?
Vorerst jedoch übersteigt die Menge des anfallenden Methans noch den Bedarf der Industrie allerdings bei Weitem. Die chemische Industrie wird daher kaum Anspruch auf das Gas aus der Energiegewinnung erheben, und auch zum Abfackeln wird es in absehbarer Zeit nicht zu wertvoll sein. In ganz ferner Zukunft könnte funktionalisiertes Methan das versiegende Erdöl jedoch sogar als universelle Rohstoff-Quelle für die chemische Industrie ablösen, denn „ob das Methan aus Erdgas oder einer Biogasanlage stammt, ist vollkommen egal,“ betont Ohm.
Eine weitere verlockende Alternative zum fossilen Rohstoff steht schon jetzt bereit: Der unbeliebte Abfallstoff und Klimakiller CO2. Dazu existieren bereits verschiedene Technologien, etwa das Kohlendioxid aus Hüttengas als Rohstoff zur Produktion von Kunststoffen einzusetzen. Ein verfolgter Ansatz ist, das CO2 zunächst in Methan zu überführen. Mit entsprechendem Energieaufwand – aus regenerativen Energiequellen, versteht sich – ist das einfach. Bloß das reaktionsträge Methan weiter zu verarbeiten und eine Wertschöpfungskette zu beginnen, war bislang ein Problem. Ein in MSA gelöstes Problem.

Die Original-Pressemeldung des Unternehmens können Sie hier lesen: Grillo-Werke AG funktionalisiert erfolgreich Methan zu Methansulfonsäure (MSA)

Heftausgabe: August 2016

Über den Autor

Ansgar Kretschmer, Redaktion
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