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Fischer-Tropsch-Synthese und Palästinensisches Museum: Unterschied zwischen den Seiten

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Das '''Palästinensisches Nationalmuseum''' ist die geplante zentrale Kultureinrichtung der [[Palästinensische Autonomiegebiete|Palästinensischen Autonomiegebiete]] in [[Bir Zait|Birzeit]], in den Hüügeln nördlich von [[Ramallah]]. Es wurde 2016 eröffnet.
[[Datei:Fischer-tropsch2.png|mini|hochkant=1.4|Edukte und Produkte der Fischer-Tropsch-Synthese]]
Die '''Fischer-Tropsch-Synthese''' (auch ''Fischer-Tropsch-Verfahren'', kurz ''FT-Synthese'') ist ein von [[Franz Fischer (Chemiker)|Franz Fischer]] und [[Hans Tropsch]] am [[Max-Planck-Institut für Kohlenforschung|Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung]] in [[Mülheim an der Ruhr]] 1925 entwickeltes großtechnisches Verfahren zur [[Kohleverflüssigung]]. Dies geschieht durch [[Heterogene Katalyse|heterogenkatalytische]] Umwandlung von [[Synthesegas]], einem [[Kohlenstoffmonoxid]]-[[Wasserstoff]]-Gemisch, in ein breites Spektrum gasförmiger und flüssiger [[Kohlenwasserstoffe]]. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, aus verschiedenen Arten von [[Kohle]] und anderen Kohlenstoffquellen flüssige, schwefelarme [[Synthetischer Kraftstoff|synthetische Kraftstoffe]] ([[XtL-Kraftstoff]]e), [[Synthetisches Motoröl|synthetische Motoröle]] und [[Kohlenwasserstoffe]] als Rohstoffbasis für die chemische Industrie herzustellen.

Als technische [[Katalysator]]en dienen Kontakte auf Basis von [[Cobalt]] oder [[Eisen]]. Katalysatoren auf Basis anderer Metalle wie [[Nickel]] und [[Ruthenium]] sind ebenfalls aktiv, haben aber keinen Eingang in die technische Praxis gefunden. Je nach Katalysator und Zielprodukten arbeitet das Verfahren bei verschiedenen Temperaturen und Drücken. Als [[Koppelprodukt]] fallen Wasser und [[Kohlenstoffdioxid]] an.

Als Nebenprodukte fallen sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe wie [[Ethanol]] und [[Aceton]] sowie [[Ethen]], [[Propen]] und höhere [[Olefine]] an. Neben [[Kohle]] stehen [[Erdgas]], [[Erdöl]] und [[Biomasse]] als Quellen für die Synthesegaserzeugung zur Verfügung. Fischer-Tropsch-Produkte dienten zur Herstellung synthetischen [[Speisefett]]s. Im [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] wurde während des [[Afrikafeldzug]]s und auf deutschen [[Unterseeboot]]en als [[Fette|Fett]] fast ausschließlich auf Fischer-Tropsch-Produkten basierendes Speisefett verzehrt. Das Speisefett wurde nicht ranzig, war lange haltbar und schmeckte fast wie Butter.<ref name="spiegel_19471206">{{Der Spiegel|ID=41123785| Titel=Zwanzig Minuten Kohlenklau, dafür doppelte Fettration | Jahr=1947|Nr=46}}</ref>


== Geschichte ==
== Geschichte ==
Ursprünglich plante die [[Palästinensische Autonomiebehörde|Autonomiebehörde]] ein Museum in [[Jerusalem]] zu errichten, sah aber aus politsiche Gründen davon ab. Das Museum sollte ursprünglich 2009 eröffnet werden und u.a. archäologische Fundstücke und Dokumentationen der palästinensischen Geschichte ausstellen. Ausserdem sollte die Geschichte des palästinensischen Widerstandes gegen die zionistische Bewegung und die isralische Herrschaft ausgestellt werden.
=== Frühe Arbeiten ===
Die ersten Arbeiten zur Hydrierung von Kohlenstoffmonoxid mit Wasserstoff führte [[Paul Sabatier (Chemiker)|Paul Sabatier]] bereits im Jahr 1902 durch.<ref>P. Sabatier, J. B. Senderens: ''Hydrogenation of CO over Nickel to Produce Methane.'' In: ''J. Soc. Chem. Ind.'' 21, 1902, S. 504–506.</ref> Bei atmosphärischem Druck und Temperaturen zwischen 200 und 300&nbsp;°C erhielt er Wasser und [[Methan]] als Hauptprodukte. Die [[BASF]] meldete im Jahr 1913 ein Patent an, das die Produktion von sauerstoffhaltigen Produkten und [[Aliphatische Kohlenwasserstoffe|aliphatischen Kohlenwasserstoffen]] mittels [[Hydrierung]] von Kohlenstoffmonoxid unter Verwendung [[Alkalimetalle|alkaliaktivierter]] Cobalt- und Osmiumoxide beschrieb.<ref>BASF, Patent DRP 293,787 (1913)</ref> Ihren Forschungsschwerpunkt bei der Hydrierung von Kohlenstoffmonoxid legte die BASF im Folgenden auf die [[Methanolherstellung]].<ref>Kai-Olaf Hinrichsen, Jennifer Strunk: ''Basischemikalie Methanol.'' In: ''Nachrichten aus der Chemie.'' 54, 2006, S.&nbsp;1080–1084, {{DOI|10.1002/nadc.20060541109}}.</ref> Durch die Verwendung von alkalisierten Zinkoxid-Chromoxid-Katalysatoren gelang mit der "Isobutylölsynthese" die Herstellung von [[Isobutanol]].<ref>[https://data.epo.org/publication-server/rest/v1.0/publication-dates/19810826/patents/EP0034338NWA2/document.html Katalysator zur Synthese von Methanol und höhere Alkohole enthaltenden Alkoholgemischen]</ref>

=== Arbeiten am Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung ===
[[Datei:Franz Josef Emil Fischer - 1877.png|mini|hochkant|Franz Fischer, 1911]]
Im Jahr 1923 entwickelten [[Franz Fischer (Chemiker)|Franz Fischer]] und [[Hans Tropsch]] am damaligen [[Max-Planck-Institut für Kohlenforschung|Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung]] in [[Mülheim an der Ruhr]] ein auf alkalisierten [[eisen]]haltigen Katalysatoren basierendes Verfahren zur Kohleverflüssigung, das so genannte [[Synthol-Verfahren]].<ref>Franz Fischer, Hans Tropsch: ''The preparation of synthetic oil mixtures (synthol) from carbon monoxide and hydrogen.'' In: ''Brennstoff-Chem.'' 4, 1923, S.&nbsp;276–285.</ref> Bei einem Druck von 100 bis 150&nbsp;[[Bar (Einheit)|bar]] und einer Temperatur von etwa 400&nbsp;°C erhielten sie Gemische aus sauerstoffhaltigen Verbindungen wie [[Aldehyde]]n, [[Ketone]]n, [[Carbonsäureester]]n, [[Alkohole]]n und [[Carbonsäuren]], so genanntes ''Synthol''. Eine Verwendung als Motorkraftstoff schlug fehl, da der hohe Sauerstoffgehalt dieser Produkte zu starken Korrosionserscheinungen führte.

Basierend auf diesen Forschungen zur Kohlenstoffmonoxidhydrierung entwickelten Franz Fischer und Hans Tropsch im Jahr 1925 die Fischer-Tropsch-Synthese. Bei einem Druck um 7&nbsp;bar erhielten sie Kohlenwasserstoffgemische.<ref>Franz Fischer, Hans Tropsch: ''Über die direkte Synthese von Erdöl-Kohlenwasserstoffen bei gewöhnlichem Druck. (Erste Mitteilung).'' In: ''Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series).'' 59, 1926, S.&nbsp;830–831, {{DOI|10.1002/cber.19260590442}}.</ref> Im Gegensatz zum [[Kohleverflüssigung#Bergius-Pier-Verfahren|Bergius-Pier-Verfahren]] verwertet das FT-Verfahren auch [[Steinkohle#Einteilung|magere Kohlensorten]].

=== Großtechnisches Verfahren ===
Während des [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkriegs]] erlangte die FT-Synthese (kriegs-)wirtschaftliche Bedeutung in Deutschland. Mit ihr konnte der Bedarf an flüssigen Kraftstoffen, sogenanntes Kogasin, wie das Syntheseprodukt nach seiner Herstellungsfolge aus ''Ko''ks, ''Gas'', Benz''in'', genannt wurde, aus einheimischer Kohle gedeckt werden.<ref>{{BibISBN|3110178389|Seite=769}}</ref> Insgesamt errichtete die chemische Industrie bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs neun Anlagen, die mit der FT-Synthese arbeiteten und eine Kapazität von 0,6&nbsp;Mio. t/a hatten. Ein Verfahren von [[Arthur Imhausen]] nutzte deren Produkte anschließend auch zur [[Fettsäuresynthese]] durch [[Paraffinoxidation]].<ref name="kohle">F. Benthaus u.&nbsp;a.: ''Rohstoff Kohle. Eigenschaften, Gewinnung, Veredelung'', Verlag Chemie, Weinheim, 1. Auflage, 1978, ISBN 3-527-25791-8, S.&nbsp;43&nbsp;ff.</ref> Die Fettsäuren wurden als Rohstoff im Unternehmen [[Märkische Seifenindustrie]] eingesetzt, ab dem Jahr 1939 jedoch auch zur Herstellung eines synthetischen [[Speisefett]]s verwendet.<ref name="spiegel_19471206" />

=== Nachkriegszeit ===
[[Datei:Holzvergaser_Güssing.jpg|mini|hochkant|Holzvergaser Güssing (2006)]]

Mit [[erdöl]]basierten [[Kraftstoff]]en waren die Produkte der FT-Synthese nie konkurrenzfähig, so dass die Industrie das Verfahren nach dem Krieg nahezu vollständig aufgab. Die Anlagen wurden gemäß dem Washingtoner Beschluss der [[Westmächte]] demontiert.<ref name="spiegel">{{Der Spiegel|ID=44437043|Titel=Aus strategischen Gründen: Politischer Treibstoff| Jahr=1949|Nr=26}}</ref> Nach der [[Ölkrise]] wurde die Forschung in den 1970er Jahren jedoch wieder aufgenommen und in [[Bottrop]] eine Pilotanlage errichtet. Diese wurde bereits Ende der 1980er Jahre wieder eingestellt, da sich die Produktion nur rentierte, wenn der Benzinpreis über 2,30&nbsp;[[Deutsche Mark]] lag.<ref>
{{Internetquelle
| url = http://www.welt.de/wams_print/article2054515/Billiges-Benzin-aus-Bottrop.html
| titel = Billiges Benzin aus Bottrop, bei Welt.de
| zugriff = 2013-10-15
}}
</ref>

=== Verfahren der Sasol ===
[[Datei:Sasol Garage in Boksburg.jpg|mini|hochkant|CtL-Tankstelle der Sasol in Bobsburg, Südafrika]]
In der Republik [[Südafrika]], die ebenfalls über ausreichend Kohleressourcen verfügte und Erdöl importieren musste, wurde aus politischen Gründen 1955 die erste moderne ''[[Kohleverflüssigung|Coal-to-Liquid]]'' (CtL)-Anlage Südafrikas in Betrieb genommen. Gebaut wurde sie durch die eigens gegründete [[Sasol|Suid Afrikaanse Steenkool en Olie]] (Sasol) unter Beteiligung der deutschen [[Lurgi|Lurgi AG]]. Die Pilotanlage ''Sasol 1'' wurde für etwa 6.000&nbsp;Barrel Kraftstoff pro Tag ausgelegt. Ab 1980 wurden die [[Kapazität (Wirtschaft)|Kapazitäten]] bedingt durch die politische Entwicklung Südafrikas deutlich ausgeweitet.

So nahm die Sasol 1980 und 1982 ''Sasol II'' und ''Sasol III'' in Betrieb.<ref name="kohle" /> Damit stand eine Gesamtkapazität von 104.000&nbsp;Barrel/Tag zur Verfügung. Mit der politischen Öffnung wurde das Programm auf Erdgas als [[Rohstoff]]quelle ausgedehnt, 1995 und 1998 schuf Sasol weitere Kapazitäten für 124.000&nbsp;Barrel/Tag [[CtL-Kraftstoff|CtL-]] und [[GtL-Kraftstoff]] (''Gas-to-Liquid''). Da die [[Steinkohle]] im [[Tagebau]] relativ preisgünstig gewonnen werden kann, deckte das Land noch 2006 etwa 40 % seines Kraftstoffbedarfs aus Kohlebenzin.<ref Name="handel">{{Internetquelle|url=http://www.handelsblatt.com/unternehmen/industrie/petrochemie-konzern-sasol-der-heimliche-oelkonzern-aus-suedafrika/2699502.html|titel=Der heimliche Ölkonzern aus Südafrika, bei Handelsblatt.de|zugriff=2013-10-15}}</ref>

Sasol wurde durch die südafrikanischen Entwicklungen [[Weltmarktführer]] auf dem Gebiet der [[XtL]]-Technologien und baute 2006 in [[Katar]] ein modernes GtL-Werk mit einer Kapazität von 34.000&nbsp;Barrel/Tag. Dabei handelt es sich um ein Hochtemperaturverfahren mit Prozesstemperaturen von 350&nbsp;°C (Synthol und Advanced Synthol), bei dem [[Ottokraftstoff]]e und [[Alkene]] als [[Plattformchemikalie]]n produziert werden. Gemeinsam mit [[Foster Wheeler]] plante Sasol zudem eine Fischer-Tropsch-Anlage in [[China]]. Diese Anlage mit einer Jahreskapazität von 60.000&nbsp;Barrel verwendet ein Niedrigtemperaturverfahren mit 250&nbsp;°C und dient der Gewinnung von [[Dieselkraftstoff]] und [[Wachs]]en.

=== Rohstoffwende ===
1993 nahm der Mineralölkonzern [[Royal Dutch Shell]] seine erste GtL-Anlage in Betrieb. Die Anlage in [[Bintulu]] in [[Malaysia]] hat eine Kapazität von 12.000&nbsp;Barrel/Tag und wird in einem eigens entwickelten Fischer-Tropsch-Verfahren, der ''Shell Middle Distillate Synthesis'' (SMDS-Verfahren), betrieben. Gemeinsam wollen Shell und Sasol weitere GtL-Kapazitäten von etwa 60.000&nbsp;Barrel GtL/Tag aufbauen.

Die USA verfügen über große, dicht an der Oberfläche liegende [[Flöz|Kohleflöze]], die relativ leicht im [[Tagebau]] abgebaut werden können. Die [[United States Air Force]] testete angesichts gestiegener Treibstoffpreise bei gleichzeitig hohem Bedarf am 19. September 2006 auf der Edwards Air Force Base eine [[Boeing B-52#B-52H|Boeing B-52H]] mit einem 50:50-Gemisch aus gewöhnlichem [[JP-8]]-Treibstoff und synthetisch aus Kohle gewonnenem Treibstoff.<ref>{{Internetquelle|url=http://www.af.mil/News/ArticleDisplay/tabid/223/Article/124820/c-17-uses-synthetic-fuel-blend-on-transcontinental-flight.aspx|titel=C-17 flight uses synthetic fuel blend|zugriff=2013-10-12}}</ref> Der Testflug sollte die Frage klären, wie sich dieser Treibstoff in der Praxis bewährt und ob ein wirtschaftlicher Betrieb zuverlässig möglich ist. Ein begleitendes Forschungsprojekt kam zu dem Schluss, dass Fischer-Tropsch-Kraftstoffe eine Alternative als Quelle von JP-8 für die US Air Force bietet.<ref>Hopper T. Smith: ''Ace in the Hole: Fischer-Tropsch Fuels and National Security''. In: ''Army War Coll. Carlisle Barracks PA'', 2010.</ref>

Im Zuge der [[Rohstoffwende]] rückten vor allem [[Biokraftstoff]]e in den Fokus der Kraftstoffherstellung. Dabei erhielt die Fischer-Tropsch-Synthese erneut das Interesse von Forschung und Entwicklung. Zwar werden [[BtL-Kraftstoff|Biomass to Liquid-Kraftstoffe]] besonders in Europa als [[Biokraftstoffe]] der zweiten Generation gefördert, jedoch wurde noch keine BtL-Produktion in Betrieb genommen. Einzelne Pilotprojekte sind angelaufen, die mittlerweile insolventen [[Choren Industries]] wollten in einem Werk in [[Freiberg]], Sachsen, den von ihnen als ''SunFuel'' und ''SunDiesel'' bezeichneten BtL-Kraftstoff herstellen.<ref>B. Kamm: ''Production of Platform Chemicals and Synthesis Gas from Biomass.'' In: ''[[Angewandte Chemie|Angewandte Chemie International Edition]].'' 46, 2007, S.&nbsp;5056–5058, {{DOI|10.1002/anie.200604514}}.</ref>

== Rohstoffe im Verfahren ==
[[Datei:Lurgi Druckvergaser.svg|mini|hochkant|Schema des Lurgi-Druckvergasers]]
Zur Bereitstellung des Synthesegases für die Fischer-Tropsch-Synthese wurde – ursprünglich – allein Kohle zunächst bei Temperaturen von über 1000&nbsp;°C in der [[Kohlevergasung]], zum Beispiel im [[Lurgi-Druckvergaser]], [[Winkler-Generator]] oder [[Koppers-Totzek-Reaktor]], mit Wasserdampf und Luft oder Sauerstoff zu [[Synthesegas]] umgesetzt. Da bei dieser Umsetzung im ersten Schritt nur ein Wasserstoff-zu-Kohlenstoffmonoxid-Verhältnis von 0,7 erreicht wird, wird ein Teil des Kohlenstoffmonoxids mit Wasser in einer [[Wassergas-Shift-Reaktion]] zu [[Kohlenstoffdioxid]] und Wasserstoff umgesetzt, bis ein Verhältnis von 2:1 erreicht ist. Das Synthesegas wird abgekühlt, wobei [[Phenol]] und [[Ammoniak]] abgetrennt werden, und einer [[Rectisolverfahren|Rectisolwäsche]] unterworfen, wobei Kohlenstoffdioxid, [[Schwefelwasserstoff]], [[Blausäure]] und organische Bestandteile entfernt werden.<ref name="kohle" /> Die Katalysatoren sind schwefelempfindlich, der Schwefelwasserstoffanteil wird meist auf einen Volumengehalt von weniger als 30&nbsp;[[parts per billion|ppb]] herabgesetzt.<ref name="kohle" /> Das Reingas enthält noch etwa 12 % [[Methan]], [[Ethan]], [[Stickstoff]] und [[Edelgase]] sowie etwa 86 % Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff im Verhältnis 1:2.<ref name="kohle" />

Der große Vorteil des Fischer-Tropsch-Prozesses ist, dass jeder energiereiche Rohstoff für den Prozess grundsätzlich geeignet ist. Das sind neben Kohle und Erdgas auch [[Biogas]], [[Holz]], landwirtschaftliche Abfälle oder [[Hausmüll|Haushaltsmüll]].
Die weltweit erste Anlage zur Nutzung fester Biomasse entstand 2005 in [[Choren Industries|Choren bei Freiberg]]. 2011 wurde sie insolvent.
2009 erfolgte die allgemeine Zulassung der Fischer-Tropsch-Kraftstoffe (''FT-SPK'')durch die [[ASTM International|ASTM]] als Flugkraftstoff. Im Jahre 2014 bevorzugten Fluggesellschaften, wie [[British Airways]] und [[Cathay Pacific]] die Herstellung von FT-Kraftstoffen aus Hausmüll und hatten mit dem Aufbau entsprechender Anlagen in [[London]] und [[Hongkong]] begonnen.<ref>Michael Engel, Lukas Rohleder: ''Alternative Flugkraftstoffe – Chancen und Herausforderungen''. In: [[Internationales Verkehrswesen]], Heft 1, März 2015 (67. Jahrgang), {{ISSN|0020-9511}}, S. 24–27.</ref>

== Verfahren ==
=== Druck und Temperatur ===
Das gereinigte Rohgas, das ein Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid von etwa 2 bis 2,2 aufweist, wird [[Heterogene Katalyse|heterogen-katalytisch]] in einer Aufbaureaktion zu [[Kohlenwasserstoffe]]n wie [[Paraffin]]en, Olefinen und Alkoholen umgesetzt. Endprodukte sind [[Motorenbenzin|Benzin]] ([[synthetisches Benzin]]), [[Dieselkraftstoff|Diesel]], [[Heizöl]] sowie Rohstoffe für die chemische Industrie. Die Reaktion findet bereits bei Atmosphärendruck und bei einer Temperatur von 160 bis 200&nbsp;°C statt; technisch werden je nach Verfahren höhere Drücke und Temperaturen verwendet. Die Synthese verläuft nach folgendem Reaktionsschema:

:<math>n\,\mathrm{CO} + (2n+1)\, \mathrm{H}_2 \leftrightharpoons \mathrm{C}_n \mathrm{H}_{2n+2} + n\, \mathrm{H}_2\mathrm{O}</math> ([[Alkane]])

:<math>n\,\mathrm{CO} + (2n)\, \mathrm{H}_2 \leftrightharpoons \mathrm{C}_n \mathrm{H}_{2n} + n\, \mathrm{H}_2\mathrm{O}</math> ([[Alkene]])

:<math>n\,\mathrm{CO} + (2n)\, \mathrm{H}_2 \leftrightharpoons \mathrm{C}_n \mathrm{H}_{2n+1}\mathrm{OH} + (n-1)\, \mathrm{H}_2\mathrm{O}</math> ([[Alkohole]])

Pro Kilogramm Kraftstoff entstehen etwa 1,25&nbsp;Kilogramm Wasser, für dessen Herstellung etwa die Hälfte des eingesetzten Wasserstoffs verwendet wird. Eisenhaltige Katalysatoren katalysieren die [[Wassergas-Shift-Reaktion]], so dass statt Wasser Kohlenstoffdioxid anfällt:<ref name="asingerein">[[Friedrich Asinger]]: ''Chemie und Technologie der Paraffin-Kohlenwasserstoffe''. Akademie Verlag, 1956, S.&nbsp;64–68.</ref>

:<math>\mathrm{ CO + H_2O \;\overrightarrow{\leftarrow}\; CO_2 + H_2} \qquad \Delta H_{R\ 298}^0 = -41{,}2\ \mathrm{kJ/mol} </math>

=== Katalysatoren ===
In der Fischer-Tropsch-Synthese wird eine Vielzahl von Katalysatoren eingesetzt. Die am häufigsten verwendeten basieren auf den [[Übergangsmetalle]]n [[Cobalt]], [[Eisen]], [[Nickel]] und [[Ruthenium]]. Als Träger finden poröse [[Metalloxide]] mit großen spezifischen Oberflächen wie [[Kieselgur]], [[Aluminiumoxid]], [[Zeolithe (Stoffgruppe)|Zeolithe]] und [[Titandioxid]] Verwendung.<ref>Andrei Y. Khodakov, Wei Chu, Pascal Fongarland: ''Advances in the Development of Novel Cobalt Fischer-Tropsch Catalysts for Synthesis of Long-Chain Hydrocarbons and Clean Fuels.'' In: ''ChemInform.'' 38, 2007, {{DOI|10.1002/chin.200733255}} <!-- S.&nbsp;fehlt,-->.</ref>

Die Katalysatoren können durch [[Heterogene Katalyse#Imprägnierung|Imprägnierung]] der porösen Metalloxide mit [[Metallsalz]]lösungen und anschließende [[Kalzinierung]] hergestellt werden.<ref>S. Storsater, B. Totdal, J. Walmsley, B. Tanem, A. Holmen: ''Characterization of alumina-, silica-, and titania-supported cobalt Fischer-Tropsch catalysts.'' In: ''Journal of Catalysis.'' 236, 2005, S.&nbsp;139–152, {{DOI|10.1016/j.jcat.2005.09.021}}.</ref> Die [[Katalysatoraktivität]] wird durch Promotoren, dies sind nicht selbst katalytische aktive Katalysatorkomponenten, wie Alkalimetalle oder [[Kupfer]] gesteigert. Weiterhin beeinflussen die Porengrößenverteilung des Trägers, die Kalzinierungs- und Reduktionsbedingungen und durch die daraus resultierenden Partikelgrößen des aktiven Katalysatormetalls die katalytische Aktivität. Substanzen wie Alkalimetalle, die für Eisenkatalysatoren gute Promotoren darstellen, wirken etwa bei Cobaltkatalysatoren als Katalysatorgift. Cobalt, Nickel und Ruthenium verbleiben während der Reaktion im metallischen Zustand, während Eisen eine Reihe von Oxiden und Carbiden bildet. Es wird jedoch vermutet, dass Cobaltoxiden, die durch unvollständige [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] des eingesetzten Salzes zurückbleiben, eine Promotorenrolle zukommt.

Eisen- und cobalthaltige Katalysatoren werden meist durch [[Fällung]], oft zusammen mit anderen Metallen und sonstigen Promotoren, gewonnen.<ref name="wolfi">Wolfgang A. Herrmann: ''Metallorganische Aspekte der Fischer-Tropsch-Synthese.'' In: ''Angewandte Chemie.'' 94, 1982, S.&nbsp;118–131, {{DOI|10.1002/ange.19820940205}}.</ref><ref>Wilfried Rähse: ''Untersuchung der kondensierten Eisenhydroxide.'' In: ''Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie.'' 438, 1978, S.&nbsp;222–232, {{DOI|10.1002/zaac.19784380124}}.</ref> Der ursprüngliche Katalysator von Fischer und Tropsch wurde durch Co-Fällung von [[Cobalt(II)-nitrat|Cobalt]]-, [[Thoriumnitrat|Thorium]]- und [[Magnesiumnitrat]] hergestellt, wobei dem frisch gefällten Katalysator das Kieselgur zugesetzt wurde.<ref name="bios">{{Internetquelle | url=http://www.fischer-tropsch.org/primary_documents/gvt_reports/BIOS/bios_447.htm | titel= B.I.O.S. – Final Report No. 447, Item No. 30: Interrogation of Dr. Otto Roelen of Ruhrchemie A.G. | zugriff=2012-08-03}}</ref> Die weiteren Schritte wie Formgebung, Trocknung und Reduktion des Cobaltsalzes beeinflussen die Aktivität des Katalysators maßgeblich. Cobaltkatalysatoren zeigen nur geringe Aktivität in der Wassergas-Shift-Reaktion, während Eisenkatalysatoren diese katalysieren.

=== Verfahrensführung ===
Die Verfahrensführung wird bestimmt durch die Notwendigkeit, die große Reaktionswärme von etwa 3000&nbsp;[[Kilojoule]] pro [[Kubikmeter]] konvertiertem Synthesegas abzuführen. Die Temperatur wird durch Wasser abgeführt, dessen Temperatur durch Einstellen des Drucks geregelt wird. Zu hohe Temperaturen führen zur Methanbildung sowie einer schnellen Verkokung des Katalysators.<ref name="asingerein" />

== Produkte ==
Das typische Fischer-Tropsch-Produkt enthält rund 10–15 % [[Flüssiggas]]e ([[Propan]] und [[Butane]]), 50 % Benzin, 28 % [[Kerosin]] (Dieselöl), 6 % [[Paraffin|Weichparaffin]] (Paraffingatsch) und 2 % Hartparaffine. Das Verfahren ist für die großtechnische Produktion von [[Leichtbenzin|Benzin]] und [[Öle]]n aus [[Kohle]], Erdgas oder [[Biomasse]] von Bedeutung. Die Kettenlängenverteilung der während der Reaktion gebildeten Kohlenwasserstoffe folgt einer [[Schulz-Flory-Verteilung]].<ref>P. L. Spath, D. C. Dayton: [http://www.fischer-tropsch.org/DOE/DOE_reports/510/510-34929/510-34929.pdf ''Preliminary Screening&nbsp;— Technical and Economic Assessment of Synthesis Gas to Fuels and Chemicals with Emphasis on the Potential for Biomass-Derived Syngas.''] (PDF; 1,6&nbsp;MB), NREL/TP510-34929, Dezember 2003, S. 95.</ref> Die Kettenlängenverteilung kann durch folgende Gleichung beschrieben werden:

:<math>\ W_n = n (1-\alpha)^2 \alpha^{(n-1)}</math>,

wobei ''W''<sub>''n''</sub> der Gewichtsanteil der Kohlenwasserstoffmoleküle mit ''n'' Kohlenstoffatomen ist und ''α'' die Kettenwachstumswahrscheinlichkeit. Im Allgemeinen wird ''α'' durch den Katalysator und die spezifischen Prozessbedingungen bestimmt. Durch Variation der Prozessbedingungen und des Designs des Katalysators lässt sich die [[Selektivität (Chemie)|Selektivität]] zu verschiedenen Produkten, etwa [[Olefine]]n als Rohstoffe für die chemische Industrie, steuern.

== Reaktionsmechanismus ==
Ursprünglich wurde angenommen, dass die Bildung von Kohlenwasserstoffen über die [[Hydrierung]] von oberflächengebundenen Metallcarbidspezies abläuft. Durch [[Reaktionsmechanismus|mechanistische]] Untersuchungen mit <sup>14</sup>C-markiertem Kohlenstoffmonoxid konnte nachgewiesen werden, dass dieser Mechanismus nur einen kleinen Beitrag zur Gesamtreaktion leisten konnte.<ref>J. T. Kummer, T. W. DeWitt, P. H. Emmett: ''Some Mechanism Studies on the Fischer-Tropsch Synthesis Using <sup>14</sup>C'' In: ''[[Journal of the American Chemical Society]].'' 70, 1948, S.&nbsp;3632–3643, {{DOI|10.1021/ja01191a029}}.</ref> In der Folgezeit wurden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen und untersucht, wobei der Einbau von <sup>14</sup>C-markierten Komponenten und die nachfolgende Untersuchung der <sup>14</sup>C-Verteilung in den Produkten eine oft angewandte Untersuchungsmethode darstellten.

Der Reaktionsmechanismus lässt sich in die Schritte [[Chemisorption]] von Kohlenstoffmonoxid und dissoziative Chemisorption von Wasserstoff, Kettenwachstum, Wasserstoffübertragung, [[Hydrogenolyse]] und [[Desorption]] unterteilen. Analog zur [[Hydroformylierung]] wird angenommen, dass oberflächengebundene [[Metallcarbonyle]] Teil des katalytisch aktiven Systems sind. Der Kettenwachstumsschritt könnte über die Bildung von [[Acyl]]komplexen und deren anschließende Hydrierung zum [[Alkyl]]komplex verlaufen. In die Metall-Alkyl-Bindung könnte ein weiteres Molekül Kohlenstoffmonoxid insertieren.<ref name="kohle" />

Kinetische Untersuchungen in [[Chemischer Reaktor|Rohrreaktoren]], mit denen bei anderen heterogen-katalysierten Reaktion der geschwindigkeitsbestimmende Schritt, etwa die chemische Reaktion, die [[Diffusion]] durch die [[Grenzschicht]] oder die [[Porendiffusion]], bestimmt werden konnte, führten bei der Untersuchung der Fischer-Tropsch-Synthese zu keinem eindeutigen Ergebnis.<ref name="kohle" /> Das Reaktionsnetzwerk besteht aus einer Reihe von komplexen, teilweise reversiblen chemischen und [[Transportreaktion]]en. Es wird außerdem angenommen, dass sich das [[Katalyse|katalytisch]] aktive Zentrum unter Reaktionsbedingungen durch Chemisorption der Reaktanden ausbildet und sich über die Länge der Katalysatorschüttung ändert.<ref name="kohle" /> Durch Untersuchungen in gradientenfreien Reaktoren wurde eine [[Aktivierungsenergie]] von 93 bis 95&nbsp;kJ&nbsp;mol<sup>−1</sup> und ein inhibierender Einfluss der Kohlenstoffmonoxidkonzentration gezeigt.<ref>Ian C. Yates, Charles N. Satterfield: ''Intrinsic kinetics of the Fischer-Tropsch synthesis on a cobalt catalyst.'' In: ''[[Energy & Fuels]].'' 5, 1991, S.&nbsp;168–173, {{DOI|10.1021/ef00025a029}}.</ref><ref>Gerard P. van der Laan, A. A. C. M. Beenackers: ''Kinetics and Selectivity of the Fischer-Tropsch Synthesis: A Literature Review.'' In: ''Catalysis Reviews.'' 41, 1999, S.&nbsp;255–318, {{DOI|10.1081/CR-100101170}}.</ref> Bei [[Kinetik (Chemie)|kinetischen Untersuchungen]] in gradientenfreien Spinning-Basket-Reaktoren wurde die Bildung einer oberflächengebundenen [[Methylen]]spezies, die durch Hydrierung von chemisorbierten Kohlenstoffmonoxid entsteht, als geschwindigkeitsbestimmender Schritt identifiziert. Als ein solcher Schritt der [[Wassergas-Shift-Reaktion]] gilt die Bildung einer oberflächengebundenen [[Formyl]]spezies.<ref>Gerard P. van der Laan, Antonie A.C.M. Beenackers: ''Intrinsic kinetics of the gas-solid Fischer-Tropsch and water gas shift reactions over a precipitated iron catalyst.'' In: ''Applied Catalysis A: General.'' 193, 2000, S.&nbsp;39–53, {{DOI|10.1016/S0926-860X(99)00412-3}}.</ref>

=== Anderson-Emmett-Mechanismus ===
In Untersuchungen von Anderson und [[Paul Hugh Emmett]] wurde herausgefunden, dass an Metallzentren chemisorbiertes Kohlenstoffmonoxid durch Wasserstoff zu einem [[enol]]ischen Primärkomplex der Art M=CH(OH) (M = Metall) hydriert wird. Das Kettenwachstum erfolgt durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verknüpfung zweier benachbarter Enole unter Wasserabspaltung. Durch Hydrierung dieser Zwischenstufe entsteht ein Methylhydroxy[[Carbenkomplexe|carbenkomplex]], der wiederum für den Aufbau einer Kohlenstoffkette mit benachbarten Enolkomplexen unter Wasserabspaltung bereitsteht. Man erkannte, dass <sup>14</sup>C-markiertes [[1-Propanol]] schnell in den entstehenden Kohlenwasserstoff eingebaut wird. Dies wurde als Hinweis auf intermediäre Enolkomplexe gewertet.<ref>W. Keith Hall, R. J. Kokes, P. H. Emmett: ''Mechanism Studies of the Fischer-Tropsch Synthesis: The Incorporation of Radioactive Ethylene, Propionaldehyde and Propanol'' In: ''Journal of the American Chemical Society.'' 82, 1960, S.&nbsp;1027–1037, {{DOI|10.1021/ja01490a005}}.</ref>

=== Pichler-Schulz-Mechanismus ===
Beim Pichler-Schulz-Mechanismus ist das Kettenwachstum durch [[Insertionsreaktion|Insertion]] von Kohlenstoffmonoxid in eine Metall-Alkyl-Bindung mit anschließender Hydrierung zum um eine CH<sub>2</sub>-Gruppe gewachsenen Alkylrest bestimmt. Dieser Mechanismus impliziert, dass die Insertion und anschließende Hydrierung schnell im Vergleich zur Kettenabbruchreaktion verläuft. Unterstützt wird dieser Mechanismus unter anderem durch das Verschwinden der [[Infrarotspektroskopie|Infrarot-Bande]] von adsorbiertem Kohlenstoffmonoxid während der Fischer-Tropsch-Reaktion.<ref>Hans Schulz: ''Short history and present trends of Fischer-Tropsch synthesis.'' In: ''Applied Catalysis A: General.'' 186, 1999, S.&nbsp;3–12, {{DOI|10.1016/S0926-860X(99)00160-X}}.</ref>

=== Sachtler-Biloen-Mechanismus ===
Neuere Studien scheinen einen Mechanismus über den Zerfall von chemisorbierten Kohlenstoffmonoxid in adsorbierte C1-Spezies und Sauerstoff zu unterstützen.<ref Name="santen">R. A. van Santen, I. M. Ciobîcă, E. van Steen, M. M. Ghouri: ''Mechanistic Issues in Fischer–Tropsch Catalysis''. In: Bruce C. Gates, Helmut Knözinger: ''Advances in Catalysis''. Vol. 54, Burlington Academic Press, 2011, ISBN 978-0-12-387772-7, S.&nbsp;127–187, S.&nbsp;127 ff.</ref> Hinweise darauf basieren auf dem leichten Einbau von voradsorbierten markierten Kohlenstoffen in die entstehende Kohlenwasserstoffkette. Das Kettenwachstum erfolgt dabei nach einem Gaube–Maitlis-Modell über oberflächengebundene [[Alkylidengruppe|Alkyliden-]] oder Alkylidin-Spezies.<ref Name="santen" />

== Verfahrensvarianten ==
=== Arge-Synthese ===
[[Datei:FT kolonne.jpg|mini|hochkant|Fischer-Tropsch-Kolonne]]
Das Verfahren wird in mehreren Varianten durchgeführt. Neben dem von Fischer und Tropsch entwickelten Normaldruckverfahren wurde das von Pichler entwickelte Mitteldruckverfahren, auch Hochlast- oder Arge-Synthese genannt, von einer [[Arbeitsgemeinschaft]] der Firmen [[Hoechst#Werk Ruhrchemie|Ruhrchemie]] und [[Lurgi]] kommerzialisiert. Dabei erfolgt die Umsetzung der [[Kohlevergasung]]sprodukte an mit [[Kupfer]] und [[Kaliumcarbonat]] dotierten Eisenkontakten im Festbettverfahren bei Temperaturen um 220 bis 240&nbsp;°C und Drücken bis 25&nbsp;bar. Das Kohlenstoffmonoxid-zu-Wasserstoff-Verhältnis liegt bei 1 zu 1,7. Als Produkte werden Paraffin/Olefin-Gemische, sogenanntes Gatsch, erhalten.

Die Reaktion ist exotherm mit 158&nbsp;Kilojoule pro Mol gebildeter CH<sub>2</sub>-Gruppe bei 250&nbsp;°C:<ref name="kohle" />

:<math>n\,\mathrm{CO} + (2n)\, \mathrm{H}_2 \leftrightharpoons {-}(\mathrm{CH}_2)_n{-} +\ n\, \mathrm{H}_2\mathrm{O}\,;\, H_\mathrm{R} = - 158\, \mathrm{kJ}/\mathrm{mol}</math>

Ein Problem ist die Abführung der hohen [[Hydrierwärme]], um eine möglichst isotherme Reaktionsführung zu gewährleisten. Der Arge-Reaktor hatte ursprünglich einen Durchmesser von drei Metern und war mit 2052 Katalysatorrohren bestückt, die etwa 35&nbsp;Tonnen oder 40&nbsp;Kubikmeter Katalysator fassen. Der Katalysator ist dabei in engen, von Wasser umspülten Rohren angeordnet. Die Reaktionswärme wird durch Siedewasser unter Druck abgeführt. Eine ungenügende Wärmeabfuhr führt zu einem Temperaturgradienten über der Katalysatorschüttung und kann zu erhöhter [[Methan]]produktion oder einer Verkokung der Kontakte führen.<ref name="kohle" /> Eine nachlassende katalytische Aktivität der Kontakte wird durch eine Erhöhung der Reaktionstemperatur ausgeglichen.

Das Katalysatorvolumen beträgt in modernen Reaktoren circa 200&nbsp;m<sup>3</sup>. Eine Fischer-Tropsch-Anlage mit mehreren Reaktoren benötigt pro Stunde etwa 1.500.000&nbsp;[[Normkubikmeter|m<sup>3</sup> bei Normbedingungen]] Synthesegas und stellt dabei pro Jahr etwa 2.000.000&nbsp;t Kohlenwasserstoffe her. Die Synthese wird dreistufig durchgeführt mit einem Gesamtumsatz von circa 94 %. Neben der Durchführung im Festbettreaktor gibt es Verfahrensvarianten mit [[Wirbelschicht]]verfahren (Hydrocol-Verfahren), als Flugstaubsynthese, bei dem der Katalysator als verwirbelter Flugstaub vorhanden ist,<ref>Maria Höring, Ernst E. Donath: ''Verflüssigung und Vergasung von Kohle.'' In: ''[[Die Naturwissenschaften]].'' 61, 1974, S.&nbsp;89–96, {{DOI|10.1007/BF00606276}}.</ref> oder in einer [[Suspension (Chemie)|Ölsuspension]] ([[Rheinpreußen AG für Bergbau und Chemie|Rheinpreußen]]-[[Koppers (Unternehmen)|Koppers]]-Verfahren).<ref name="DOI10.1080/03602458008067534">Herbert Kölbel, Milos Ralek: ''The Fischer-Tropsch Synthesis in the Liquid Phase.'' In: ''Catalysis Reviews.'' 21, 2006, S.&nbsp;225, {{DOI|10.1080/03602458008067534}}.</ref><ref name="DOI10.1002/cite.330280602">Herbert Kölbel, Paul Ackermann: ''Großtechnische Versuche zur Fischer-Tropsch-Synthese im flüssigen Medium.'' In: ''[[Chemie Ingenieur Technik]].'' 28, 1956, S.&nbsp;381, {{DOI|10.1002/cite.330280602}}.</ref>


Das Gebäude wurde vom irischen Architekten Hännegan Pan geplant. Das Gebäude ist von mehreren traditionellen Obstgärten umgeben. Das 30 Millionen teure Projekt wurde von Palästinensern im Ausland und Spendern aus den Golfstaaten fiannziert. Der Museumsdirektor Jack Persekian konzipierte dei Jahre lang eine moderne Austellung zur Geschichte der Palästinenser. Diese stieß alledings beiden Geldgebern auf Ablehnung und er wurde abgesetzt
=== Synthol-Verfahren ===
Eine Reaktionsvariante ist die von den Firmen Sasol und Kellogg entwickelte Synthol-Synthese. Sie ist nicht mit dem von Fischer und Tropsch entwickelten gleichnamigen Verfahren zu verwechseln. Bei dem Verfahren handelt es sich um eine Flugstaubsynthese; bei ihm wird der Katalysator als Pulver mit dem Reaktionsgas eindosiert. Das Verfahren arbeitet bei 25&nbsp;bar und Temperaturen über 300&nbsp;°C. Dadurch bilden sich bevorzugt niedermolekulare Kohlenwasserstoffe. Das Verhältnis Kohlenstoffmonoxid zu Wasserstoff beträgt circa 1:2.<ref name="kohle" />


Am 11. April 2013 wurde der Grundstein gelegt. Am 16. Mai 2016 wurde zunächst nur das Gebäude des Museums eröffnet.<ref>{{Internetquelle|url=http://www.tagesschau.de/ausland/museum-palaestina-101.html|titel=Ein Museum für Palästina - nur ohne Kunst|autor=tagesschau.de|werk=tagesschau.de|sprache=de-DE|zugriff=2016-05-17}}</ref>
== Literatur ==
* Thorsten Gottschau: ''Biomass-to-Liquid (BtL)-Kraftstoffe. Übersicht und Perspektiven.'' In: Rainer Schretzmann, Jörg Planer (Hrsg.): ''Kraftwerk Feld und Wald. Bioenergie für Deutschland.'', AID, Bonn 2007, ISBN 978-3-8308-0680-6, (Tagungsband zum AID-Forum Landwirtschaft am 10. November 2006 in Bonn)
* [[Steffen Bukold]]: ''Öl im 21. Jahrhundert.'' Band 2: ''Alternativen und Strategien.'' Oldenbourg, München 2009, ISBN 978-3-486-58898-9
* Friedrich Benthaus u.&nbsp;a.: ''Rohstoff Kohle. Eigenschaften, Gewinnung, Veredelung'', 1. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim 1978, ISBN 3-527-25791-8
* Manfred Rasch: ''Geschichte des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Kohlenforschung 1913–1943'', Weinheim 1989.


Das Gebäude befindet sich nahe der [[Universität Bir Zait|Birzeit University.]]<ref>{{Internetquelle|url=http://www.al-monitor.com/pulse/originals/2015/05/palestine-israel-museum-heritage-nakba-old-photographs.html#ixzz48tdhELK8|titel=New museum to honor Palestinian history, culture - Al-Monitor: the Pulse of the Middle East|werk=Al-Monitor|datum=2015-05-25|sprache=en-us|zugriff=2016-05-17}}</ref>
== Weblinks ==
{{commonscat|Fischer-Tropsch process|Fischer-Tropsch-Synthese}}
* [http://www.fischer-tropsch.org/ The Fischer-Tropsch Archive]


== Einzelnachweise ==
== Einzelnachweise und Fußnoten ==
<references />
<references/>
{{Lesenswert|25.&nbsp;Oktober 2013|123787859}}


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[[Kategorie:Chemisch-technisches Verfahren]]
[[Kategorie:Museum in Palästina]]
[[Kategorie:Biokraftstofftechnik]]
[[Kategorie:Kultur (Ramallah)]]
[[Kategorie:Katalyse]]
[[Kategorie:Ramallah]]
[[Kategorie:Namensreaktion]]
[[Kategorie:Gegründet 2016]]
[[Kategorie:Kohlechemie]]

Version vom 17. Mai 2016, 09:40 Uhr

Das Palästinensisches Nationalmuseum ist die geplante zentrale Kultureinrichtung der Palästinensischen Autonomiegebiete in Birzeit, in den Hüügeln nördlich von Ramallah. Es wurde 2016 eröffnet.

Geschichte

Ursprünglich plante die Autonomiebehörde ein Museum in Jerusalem zu errichten, sah aber aus politsiche Gründen davon ab. Das Museum sollte ursprünglich 2009 eröffnet werden und u.a. archäologische Fundstücke und Dokumentationen der palästinensischen Geschichte ausstellen. Ausserdem sollte die Geschichte des palästinensischen Widerstandes gegen die zionistische Bewegung und die isralische Herrschaft ausgestellt werden.

Das Gebäude wurde vom irischen Architekten Hännegan Pan geplant. Das Gebäude ist von mehreren traditionellen Obstgärten umgeben. Das 30 Millionen teure Projekt wurde von Palästinensern im Ausland und Spendern aus den Golfstaaten fiannziert. Der Museumsdirektor Jack Persekian konzipierte dei Jahre lang eine moderne Austellung zur Geschichte der Palästinenser. Diese stieß alledings beiden Geldgebern auf Ablehnung und er wurde abgesetzt

Am 11. April 2013 wurde der Grundstein gelegt. Am 16. Mai 2016 wurde zunächst nur das Gebäude des Museums eröffnet.[1]

Das Gebäude befindet sich nahe der Birzeit University.[2]

Einzelnachweise und Fußnoten

  1. ↑ tagesschau.de: Ein Museum für Palästina - nur ohne Kunst. In: tagesschau.de. Abgerufen am 17. Mai 2016 (deutsch).
  2. ↑ New museum to honor Palestinian history, culture - Al-Monitor: the Pulse of the Middle East. In: Al-Monitor. 25. Mai 2015, abgerufen am 17. Mai 2016 (amerikanisches Englisch).
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