Sie arbeiten normalerweise im Verborgenen, heute zeigen sie sich: Hochdruck-Dosierpumpen von KNAUER

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  Dr. Timo Ott und sein Team (Foto: Grillo)

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  Methansulfonsäure (Formel: Wikipedia/Benjah-bmm27)

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  Hochdruckdosierpumpen (Bild: KNAUER)

Wie der Berliner Labormessgerätehersteller Knauer Wissenschaftliche Geräte GmbH heute mitteilte, spielten seine Hochdruckdosierpumpen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des richtungweisenden neuen Herstellungsverfahrens von Methansulfonsäure (MSA) direkt aus Methan und Schwefeltrioxid, das von Forschern der Duisburger Grillo-Werke AG erfolgreich realisiert wurde. [1].

Methansulfonsäure ist bereits aktuell eine im industriellen Maßstab hergestellte Substanz, denn ihre stark sauren, jedoch nicht oxidierenden Eigenschaften machen sie zu einem interessanten Katalysator für viele Reaktionen in der organischen Chemie, insbesondere bei Polymerisationen. Methansulfonsäure findet darüber hinaus in der Galvanik Anwendung und zunehmend auch in Industriereinigern, wo sie anstelle von Phosphor-, Salz- oder Schwefelsäure zum Einsatz kommt, weil sie bei vergleichbarer oder größerer Wirksamkeit weniger umweltschädlich ist als die bisher verwendeten Mineralsäuren. Die Herstellung von Methansulfonsäure ist momentan relativ aufwändig, weil mehrstufig und teilweise von toxischen Zwischenprodukten wie Dimethyldisulfid abhängig.

Naheliegend wäre eigentlich die direkte Reaktion von Methan mit Schwefeltrioxid. Forscher weltweit experimentieren schon lange an der direkten Aktivierung von Methan. In den 1950er Jahren wurde ein US-Patent angemeldet, das Schwefeltrioxid verwendet, jedoch waren die erreichten Ausbeuten an Methansulfonsäure gering und die ungewünschten Nebenprodukte zahlreich. [2]

Die Grillo-Forscher beschritten einen anderen Weg als die meisten anderen Forscher. Sie setzten auf relativ milde Temperaturen unter 100 Grad Celsius und Drücke um 50 bar. Der Clou an ihrem Prozess ist ein Aktivator-Molekül, das am Rande des Prozesses aus MSA und Schwefelsäure leicht nachgebildet werden kann und die Sulfonierung anstößt. Schwefelsäure dient in dem Prozess übrigens als Lösungsmittel.

Ein kniffliger Teil der neuen MSA-Synthese ist die genaue Dosierung des Schwefeltrioxids (SO3) in den chemischen Reaktor. Schwefeltrioxid ist nur in einem schmalen Temperaturbereich zwischen 32 °C und 44 °C überhaupt flüssig, reagiert bei Kontakt mit Wasser heftig und verkohlt die meisten Kunststoffe sehr schnell. d.h. es ist in der Handhabung sehr anspruchsvoll.

„Auf der Suche nach geeigneten Pumpen für diese Aufgabe hatten wir schon einige Absagen von Anbietern erhalten, bevor wir uns an KNAUER wandten. Ein Modell von der Stange konnte uns auch KNAUER nicht anbieten, sie waren aber der einzige Hersteller, der sich auf eine kleine Entwicklungsreise eingelassen hat.“, betont Dr. Timo Ott, Leiter für Produkt- und Prozessentwicklung im Bereich Chemie bei Grillo.

Die KNAUER Hochdruckdosierpumpen basieren auf HPLC-Technik und bringen von Haus aus eine hohe chemische Beständigkeit, hervorragende Flussraten-Präzision und geringe Pulsation mit. Flüssiges Schwefeltrioxid zu fördern erforderte jedoch individuelle Anpassungen insbesondere hinsichtlich Kunststoffteilen im Fließweg. Weitere wichtige Voraussetzung für das Gelingen war die von KNAUER angebotene leistungsfähige Pumpenkopfheizung, um Schwefeltrioxid auch bei niedrigen Flussraten oder Stopps fließfähig zu halten.

„Es gehört zu unserer Firmenphilosophie, dass wir für unsere Kunden und mit ihnen gemeinsam Lösungen finden, die sie voranbringen. Wir freuen uns besonders, dass wir bei der MSA-Synthese von Grillo ein kleines Stück zum Gelingen eines Forschungsprojektes von Tragweite beitragen konnten.“, so Dr. Christian Benkhäuser, Leiter der Hardwareentwicklung bei KNAUER.

Das Besondere an dem von den Grillo-Forschern entwickelten Herstellungsverfahren für Methansulfonsäure ist, dass es deutlich effizienter arbeitet als bisherige Prozesse und Methan als Kohlenstoffquelle für die Sulfonierung nutzbar macht. Methan wird auf jeden Fall als Rohstoff bedeutender und im Fall von Erdgas als Quelle hoffentlich etwas weniger ungenutzt abgefackelt als bisher. Im Fall von Biogas als Methanquelle kann das Verfahren auch ganz auf Kohlenstoff fossilen Ursprungs verzichten. Eine gerade veröffentlichte vergleichende Ökobilanz-Untersuchung der Universität Zürich kommt zu dem Ergebnis, dass das neue Verfahren einen um Faktor drei geringeren Fußabdruck auf die Umwelt hat als bisherige Verfahren. Die Treibhausgasemissionen liegen um 85 % niedriger. [3]

„Wenn das neue Herstellungsverfahren für Methansulfonsäure großtechnisch Einzug hält, wird die Umwelt davon profitieren“, ist Dr. Ingo Biertümpel überzeugt. Er ist Leiter F&E im Geschäftsbereich Chemie und Nachhaltigkeitsbeauftragter der Grillo-Werke AG.

Etwas anderes ist bereits jetzt klar: Es lohnt sich, wie es Grillo hier getan hat, ausgetretene Pfade zu verlassen, es lohnt sich auch wie KNAUER, nicht vorschnell zu sagen „das können wir nicht liefern“ und es macht Spaß, gemeinsam neue Lösungen zu entwickeln.

Mehr über KNAUER Dosierpumpen unter: www.knauer.net/dosierpumpen

Das Berliner Familienunternehmen KNAUER Wissenschaftliche Geräte GmbH mit rund 135 Mitarbeitern blickt auf über 55 Jahre Firmengeschichte zurück und gehört zu den Pionieren der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (HPLC) in Deutschland. Parallel mit den Chromatografie-Aktivitäten sind HPLC-Pumpen immer wieder auch als Hochdruckdosierpumpen zum Einsatz gekommen. Seit etwas über zehn Jahren betrachtet KNAUER Dosierpumpen als Geschäftsfeld. Das nach ISO 9001 und ISO 14001 zertifizierte Unternehmen steht mit seiner strengen Herstellungs- und Prozesssicherheit für höchste Qualität „Made in Germany“ und umweltbewusstes Handeln. www.knauer.net

Die Grillo-Werke AG sind ein Familienunternehmen mit Hauptsitz in Duisburg, das 1842 gegründet wurde und zu den Marktführern bei der Verarbeitung von Zink und Schwefel in Europa zählt. Der weltweit agierende Konzern gliedert sich heute mit seinen ca. 1600 Mitarbeitern in die Geschäftsbereiche Chemie, Zinkoxid, Metall und RHEINZINK. Das Produktportfolio der Chemie-Sparte umfasst Schwefelchemikalien, Säuren, Natrium- und Zinksalze sowie Zinkoxide für die verschiedensten Bereiche. Gemäß dem Leitmotiv „Fortschritt aus Tradition“ legt Grillo auf die kontinuierliche Verbesserung seiner Produkte und Verfahren bei Rücksichtnahme auf Umwelt und Gesellschaft großen Wert. www.grillo.de

 

Referenzen

1. Pressemeldung Grillo-Werke AG: 2016-06-20, https://grillo.de/?page_id=9446546677
2. John C. Snyder, Aristid V. Grosse, Houdry Process Corp, https://patents.google.com/patent/US2493038A/en
3. Steve Kappenthuler, Sandro Olveira, Jonathan Wehrli, Stefan Seeger, Environmental assessment of alternative methanesulfonic acid production using direct activation of methane Journal of Cleaner Production, Volume 202, 20 November 2018, Pages 1179-1191, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.07.284

 

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Pressekontakt:  Oliver Gültzow, gueltzow@knauer.net, +49 30 809727-43