Eddikesyre er et af de vigtigste mellemprodukter i den kemiske industri. Et dansk-tysk samarbejde har fundet en smartere måde at producere stoffet.
Hvert år fremstilles der millioner af ton eddikesyre, der blandt andet er udgangspunktet for produktionen af mange typer polymerer, malinger og lim. Derfor har det store økonomiske perspektiver, at forskere ved DTU Kemi og den internationale kemikoncern Wacker Chemie med hovedsæde i Tyskland sammen har fundet en ny, smart måde at producere stoffet på. Samtidig er den nye metode mere bæredygtig, fordi man undgår et betydeligt forbrug af opløsningsmidler, som er forbundet med den traditionelle metode. Foreløbig har Wacker Chemie investeret i et pilotanlæg i München.
”De økonomiske detaljer i aftalen er fortrolige. Men jeg kan fortælle, at salgsaftalen er blandt de største i DTU's historie,” siger professor Rasmus Fehrmann, DTU Kemi.
Slut med start og stop
Eddikesyre – med den kemiske formel AcOH – har været kendt siden oldtiden. I vandig opløsning kaldes stoffet blot eddike. I vore dage udgør denne oprindelige anvendelse imidlertid en ganske lille del af det samlede forbrug. Den største enkeltanvendelse er til produktion af vinyl-acetat-monomer (VAM), der igen er udgangspunktet for produktion af poly-vinyl-acetat, eller bare vinyl, der bruges i gulvbelægninger, sikkerhedsglas og lignende. Desuden indgår VAM i vandbaserede malinger, klæbestoffer og coatings. Eddikesyre er også udgangspunktet for produktion af polymeren PET, som hovedparten af plastflaskerne til bl.a. sodavand er fremstillet af.
Den dominerende metode til produktion af eddikesyre kaldes Monsantoprocessen. DTU Kemi og Wackers nyudviklede metode kaldes Supported Ionic Liquid Phase, SILP. Begge metoder bygger på katalyse, hvor et stof, en katalysator accelererer en kemisk proces uden selv at blive forbrugt i reaktionen. I tilfældet her har man med den nye metode valgt en radikalt anderledes type katalysator, og det har betydet, at den kemiske proces kan foregå på en langt mere effektiv måde. (Se faktaboks).
Den dominerende metode til produktion af eddikesyre, den såkaldte Monsanto-proces, består i, at der foregår en reaktion af metanol og karbon-monoxid ved hjælp af en rhodium-katalysator opløst i en metanol-eddikesyre-blanding.
I det dansk-tyske samarbejde har man udviklet en radikalt anderledes type katalysator, hvor en såkaldt ionisk væske fungerer som opløsningsmiddel for de katalytisk aktive rhodium-komplekser. En ionisk væske er defineret som et stof, der består af to forskellige ioner – typisk en organisk kation og en uorganisk eller organisk præget anion – og som er flydende under 100 grader C.
Ioniske væsker har intet måleligt damptryk i et relativt stort temperaturinterval. Det adskiller dem fundamentalt fra andre kendte opløsningsmidler, der er flygtige. I projektet har man anvendt phosphonium- baserede salte som ioniske væsker. Samtidig er væskerne blevet imprægneret i meso-porøse faste bærematerialer såsom silika under skabelse af en såkaldt Supported Ionic Liquid Phase-katalysator (SILP).
På denne måde opnås en meget stor kontaktflade mellem den katalytisk aktive ioniske væske og de to gasformige reaktanter (de kemiske forbindelser, der påvirkes af katalysatoren). Det betyder, at processen kan gennemføres som en kontinuert eddikesyreproducerende proces med den tilsyneladende faste katalysator i et såkaldt fixed-bed-arrangement. Dette er en klar forbedring i forhold til Monsanto-processen, der ikke kan køre kontinuert, men kun som batch-produktion. Det vil sige med standsning mellem ens produktionsgange. Monsantoprocessen kræver blandt andet adskillelse og recirkulation af katalysatoren med risiko for, at katalysatoren udfældes.
Center for Katalyse og Bæredygtig Kemi på DTU Kemi arbejder nu på at designe en række andre betydningsfulde homogent katalyserede industrielle batchprocesser som SILP-processer.
”Den største fordel ved SILP-processen er, at man opnår en stabil produktion af eddikesyre, fordi man med vores metode ikke skal stoppe og starte produktionen med jævne mellemrum. På den måde slipper man for at skulle gennemføre en række komplekse rutiner hver gang,” forklarer Rasmus Fehrmann.
Bedre bæredygtighed
Med SILP-procesdesignet kan man nøjes med et mindre produktionsanlæg og stadig have den samme produktion, fordi man kan køre kontinuert. Desuden udnytter man det kostbare katalysatormateriale bedre. Endelig er processen mere bæredygtig, fordi man slipper for et forbrug af flygtige opløsningsmidler.
”Kort sagt er der en række grunde til at håbe, at industriel SILP-baseret produktion af eddikesyre vil være mere effektiv i forhold til den traditionelle metode,” sammenfatter Rasmus Fehrmann, som sammen med lektor Anders Riisager leder forskningen inden for SILP på DTU Kemi. De har været vejledere for ph.d.-studerende Christopher Hanning, der har udført en række af de vigtigste eksperimenter i forbindelse med sit nu afsluttede ph.d.-projekt, som var finansieret af Wacker Chemie.
Den grundlæggende SILP-metode er patenteret af DTU Kemi. Ud over det oprindelige patent har samarbejdet ført til to afledte patentansøgninger baseret på Christopher Hannings ph.d.-projekt. Disse ansøgninger er indgivet af DTU Kemi sammen med virksomheden.