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Kristalle, die Erdgas reinigen

31.10.2018

2018 KAUST

Dieses maßgeschneiderte MOF-Adsorptionsmittel entfernt Schwefelwasserstoff (gelb und grau) und Kohlendioxid (schwarz und rot) aus dem Erdgasstrom für ein reines Methan (blau) Produkt (rechte Seite).

Die Entfernung der störenden Verunreinigungen von Schwefelwasserstoff (H2S) und Kohlendioxid (CO2) aus Erdgas könnte mit Hilfe eines bei KAUST entwickelten metallorganischen Gerüsts (MOF) einfacher und effektiver werden.

Eine solche Aufwertung des Erdgases könnte Saudi-Arabien helfen, seine reichlich vorhandenen Erdgasvorräte, die einen hohen Anteil dieser beiden Verunreinigungen enthalten können, stärker und sauberer zu nutzen. Die Technologie könnte auch die verstärkte Nutzung von Erdgas und anderen Industriegasen, die H2S und CO2 enthalten, weltweit fördern, um potenziell große ökologische und wirtschaftliche Vorteile zu erzielen.

Erdgas besteht im Wesentlichen aus Methan (CH4) und kleineren Mengen anderer nützlicher Kohlenwasserstoffe sowie einigen Verunreinigungen. Einmal von Schadstoffen befreit, verbrennt Erdgas viel sauberer als andere fossile Brennstoffe: Es emittiert keine rußigen Partikel sowie weniger CO2 und umweltschädliche Stickstoff- und Schwefeloxide.

Mit diesem KAUST-Vorstoß wird das Programm Vision 2030 von Saudi-Arabien unterstützt. Diese große Initiative, die darauf abzielt, die Abhängigkeit des Königreichs vom Erdöl zu verringern und neue umweltfreundliche Technologien zu entwickeln, beinhaltet das Ziel, 70 Prozent der Energie aus Erdgas zu gewinnen.

"Um dieses anspruchsvolle Ziel zu erreichen, ist eine verstärkte Nutzung von Erdgasquellen erforderlich, die zunächst erhebliche Mengen an H2S und CO2 enthalten", sagt Youssef Belmabkhout vom KAUST-Team.

MOFs enthalten Metallionen oder Metallcluster, die von kohlenstoffbasierten organischen chemischen Gruppen, den sogenannten Linkern, zusammengehalten werden. Durch die Neuordnung verschiedener Linker- und anorganischer molekularer Bausteine werden Größe und chemische Eigenschaften des Porensystems in MOFs fein abgestimmt und können viele nützliche Funktionen erfüllen.

"Die Herausforderung, der wir uns in dieser Arbeit gestellt haben, war die Entwicklung eines fluorhaltigen MOF mit Poren, die eine ebenso selektive Adsorption von H2S und CO2 aus dem Erdgasstrom ermöglichen", erklärt Belmabkhout.

Die Forschung wurde von einer Gruppe im KAUST Advanced Membranes & Porous Materials Center unter der Leitung von Professor Mohamed Eddaoudi durchgeführt. Dieses Zentrum hat eine lange Geschichte in der Entwicklung von MOF-Adsorbentien für viele Anwendungen, einschließlich Katalyse, Gasspeicherung, Gassensorik und Gastrennung.

"Die jüngsten Fortschritte in der MOF-Chemie bei KAUST haben es ermöglicht, verschiedene MOF-Plattformen zu entwickeln und zu bauen, die das Potenzial haben, viele Herausforderungen in Bezug auf Energiesicherheit und Umweltverträglichkeit zu bewältigen", sagt Eddaoudi.

Ein Großteil der Forschung zur Erdgasaufbereitung wurde von der saudischen nationalen Erdöl- und Erdgasgesellschaft Aramco finanziert. "Das Interesse von Aramco bestätigt sicherlich die Bedeutung dieser Arbeit für das Königreich", fügt Eddaoudi hinzu.

Ein neues Projekt mit Aramco ist ebenfalls im Gange; es wird die Skalierung des Verfahrens zur Vorbereitung der kommerziellen Verwertung untersuchen. Weitere Forschungsarbeiten zur Optimierung der chemischen Eigenschaften des MOF werden auch mit anderen Industriepartnern diskutiert.

"Es geht um viel mehr als nur Chemie", betont Belmabkhout, "es geht darum, Chemie, Chemie- und Verfahrenstechnik, Physik und Berechnung zusammen mit Industriepartnern zu kombinieren, um die wirtschaftliche Nutzung einer natürlichen Ressource zu fördern".

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