Fischer-Tropsch-Synthese

Die Fischer-Tropsch-Synthese (auch Fischer-Tropsch-Verfahren, kurz FT-Synthese) ist ein großtechnisches, heterogenkatalytisches Polymerisationsverfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen. Dabei wird an cobalt- oder eisenhaltigen Katalysatoroberflächen adsorbiertes Kohlenstoffmonoxid mit Wasserstoff hydriert. Die Reaktionen finden bei Temperaturen von etwa 150 bis 350 °C und Drücken von 1 bis etwa 25 bar statt. Das Verfahren umfasst die Erzeugung von Synthesegas, dessen Umsetzung zu Fischer-Tropsch-Produkten und deren Weiterverarbeitung. Für die Erzeugung des Synthesegases stehen Kohle, Erdgas, Biomasse oder organischer Abfall als Rohstoffquellen zur Verfügung. Aufgrund der Vielzahl möglicher Einsatzstoffe nimmt die Fischer-Tropsch-Synthese eine zentrale Stellung bei der Suche nach Alternativen zum Erdöl zur Gewinnung flüssiger Kohlenwasserstoffe ein.

Die Produkte der Fischer-Tropsch-Synthese sind synthetische Motoröle sowie flüssige synthetische Kraftstoffe wie Otto- und Dieselkraftstoff, die praktisch frei von Schwefel- und Stickstoffverbindungen sind und geringere Abgasemissionen als herkömmlicher Dieselkraftstoff aufweisen. Anfallende längerkettige Kohlenwasserstoffe dienen als Rohstoffbasis für die chemische Industrie oder als Fischer-Tropsch-Wachs als Hilfsmittel in der Klebstoffindustrie, für Beschichtungen oder in der Polymerverarbeitung. Durch die Wahl geeigneter Prozessparameter lässt sich die Produktpalette in Richtung höherer Olefine, die als Chemierohstoffe verwendet werden, verschieben. Koppelprodukte des Prozesses sind Wasser und Kohlenstoffdioxid. Als Nebenprodukte fallen sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe wie Ethanol und Aceton sowie höhere Alkohole an.

Die deutschen Chemiker Franz Fischer und Hans Tropsch entwickelten das Verfahren am Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr und meldeten es 1925 zum Patent an. Im Zuge der nationalsozialistischen Autarkiepolitik erlangte die Fischer-Tropsch-Synthese in Deutschland eine hohe wirtschaftliche Bedeutung, da sie zur Deckung des Bedarfs an flüssigen Kraft- und Schmierstoffen sowie zur Bereitstellung von Chemierohstoffen auf Basis heimischer Kohle beitrug.

In Südafrika errichtete die Firma Sasol ab Mitte der 1950er Jahre große Fischer-Tropsch-Anlagen, die Synthesegas aus südafrikanischer Kohle zu Benzin und Grundstoffen für die chemische Industrie weiterverarbeiten. In China, Russland, Malaysia und Katar liefern moderne Fischer-Tropsch-Anlagen im 21. Jahrhundert flüssige Kraftstoffe aus Kohle und Erdgas. Konzepte zur Umwandlung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff und Kohlenstoffdioxid in flüssige Kraftstoffe mittels Fischer-Tropsch-Synthese im sogenannten Power-to-Liquid-Verfahren befinden sich derzeit im Forschungsstadium. Die Herstellung flüssiger Kraftstoffe mit hoher Energiedichte auf Basis erneuerbarer Energien gewinnt als Speicheroption sowie als Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung zunehmend an Interesse.