Im Rahmen eines anspruchsvollen Kundenprojekts hat C&CS ihre Expertise im Bereich der heterogenen Katalyse erneut unter Beweis gestellt. Ziel der Zusammenarbeit war die gezielte Oxidation von Formaldehyd – einem flüchtigen organischen Schadstoff – zu den Endprodukten Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂). Das Besondere: Der Kunde wünschte sich ein definiertes Produktverhältnis von 3:1 (CO:CO₂), was mit konventionellen Katalysatorsystemen kaum zu erreichen war.
Die Herausforderung: Zwischen Totaloxidation und unvollständiger Umsetzung
Formaldehyd ist ein hochreaktives Molekül, das in vielen industriellen Prozessen freigesetzt wird – von der chemischen Synthese bis zur thermischen Zersetzung von organischen Materialien. Die klassische Katalyse setzt auf Totaloxidation, bei der Formaldehyd nahezu vollständig zu CO₂ umgesetzt wird. Zwar ist das aus Sicht der Emissionsminderung effektiv, jedoch war dies im vorliegenden Fall gerade nicht gewünscht: Der Kunde benötigte gezielt eine partielle Oxidation mit einem definierten Verhältnis der Reaktionsprodukte.
Katalysatoren mit geringer Aktivität wiederum führten nur zu einem unvollständigen Umsatz, wodurch das Formaldehyd größtenteils im Gasstrom erhalten blieb. Die Herausforderung bestand somit darin, ein System zu entwickeln, das hochselektiv arbeitet, dabei aber auch eine hohe Umsetzung bei möglichst niedriger Reaktionstemperatur ermöglicht.
Abbildung 1. Beispiel einer temperaturabhängigen selektiven Oxidation.
Der Lösungsweg: Maßgeschneiderte Katalysatorentwicklung
C&CS entwickelte im Rahmen des Projekts einen systematischen Testansatz, bei dem verschiedene Katalysatormaterialien unter praxisnahen Bedingungen miteinander verglichen wurden. Getestet wurden unter anderem Edelmetall-basierte Systeme, Übergangsmetalloxide sowie eigens erstellter Mischungen an Katalysatoren. Dabei wurde besonders auf folgende Parameter geachtet:
- Umsatzrate des Formaldehyds
- Selektivität in Richtung CO vs. CO₂
- Thermische Stabilität und Aktivität bei niedrigen Temperaturen
- Langzeitverhalten unter realistischen Prozessbedingungen
Die Versuchsreihen wurden in einem eigens entwickelten Labormodul durchgeführt, das sowohl präzise Temperaturkontrolle als auch die Analyse der Reaktionsprodukte über on-Line-Gasanalyse (FTIR, µ-GC) ermöglichte. So konnte in kurzer Zeit eine fundierte Datenbasis geschaffen werden.
Abbildung 2. Beispiel einer Produktverteilung: Verhältnis von Prod. 1(CO) zu Prod. 2 (CO2). Startmaterial (Formic Acid) ist auf einer eigenen Skalierung aufgetragen.
Das Ergebnis: Maßgeschneiderte Lösung für den Kundenprozess
Nach Auswertung der Versuchsreihen wurde ein Katalysatorsystem identifiziert, das sowohl den geforderten Umsatz als auch das gewünschte CO:CO₂-Verhältnis im vom Kunden gewünschten Temperaturbereich erreichte. Damit konnten sowohl Energieeinsparungen als auch eine verlängerte Standzeit des Katalysators erzielt werden.
Das Projekt zeigt exemplarisch, wie durch präzise Katalysatorauswahl und gezieltes Reaktordesign auch komplexe Anforderungen an die Reaktionsführung erfolgreich umgesetzt werden können. Für den Kunden bedeutet das: Mehr Prozesssicherheit, kontrollierbare Produktverteilung und ein klarer Wettbewerbsvorteil.
C&CS – Ihr Partner für individuelle Katalysatorlösungen
Ob Abgasreinigung, Syntheseoptimierung oder emissionsarme Prozesse – C&CS bietet nicht nur fundierte Katalyseexpertise, sondern auch die nötige Flexibilität, um auf spezifische Kundenbedürfnisse einzugehen. Wir freuen uns, auch Ihre katalytische Herausforderung gemeinsam mit Ihnen anzugehen!
