Im Teilprojekt A03 wird ein neuer Syntheseweg von grünem Acetaldehyd und Essigsäure aus Ethanol unter Einsatz eines Eisenmolybdat-basierten Katalysators untersucht. Im Zuge der notwendigen Defossilisierung der chemischen Industrie wird Bioethanol als Grundlagenchemikalie eine wichtige Rolle spielen. Für die Produkte Acetaldehyd und Essigsäure (mehrere Millionen Tonnen Produktion pro Jahr), welche beide ebenfalls essentielle Ausgangsstoffe zum Beispiel in der Herstellung von Polymeren darstellen, ist ein ganzheitlich grüner Synthesezweig mit nachhaltigen, eisenbasierten Katalysatoren von großer Wichtigkeit.

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Bastian Etzold und Prof. Dr. Andreas Dreizler wird speziell die Kopplung von katalytischer Aktivität und Stabilität, sowie dem Wärme- und Massentransport untersucht. Die Gruppe von Prof. Etzold beschäftigt sich im Projekt mit einer detaillierten Bewertung der chemischen Kinetik sowie der Simulation der chemischen Reaktionstechnik. Unter der Leitung von Prof. Dreizler wird am Institut für Reaktive Strömungen und Messtechnik (RSM) ein optisch zugänglicher Katalysekanal entwickelt, der es ermöglicht, mittels IR-Thermografie und der Raman-Streuung räumlich und zeitlich aufgelöste Konzentrations- und Temperaturprofile in-situ an der Katalysatoroberfläche zu erfassen. Eine Konzeptskizze des elektrisch beheizbaren und optisch zugänglichen katalytischen Kanals ist Abbildung 1 zu entnehmen.

Für die Detektion der spontanen Raman-Streuung wird ein neuartiges Spektrometer-Konzept entwickelt und eingesetzt, das es erlaubt, in zwei unabhängigen Detektionskanälen sowohl die hochaufgelöste spektrale Antwort des Stickstoff-Moleküls zum Zwecke der Thermographie, als auch die Raman-Streuung aller am Prozess beteiligen Hauptspezies für die Bestimmung der Konzentrationen zu erfassen. In Abbildung 2 ist das in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Optische Diagnosemethoden und Erneuerbare Energien von Prof. Dr.-Ing. Dirk Geyer an der Hochschule Darmstadt entwickelte Spektrometer schematisch dargestellt. Angeregt wird die Raman-Streuung mit einem 100 W starken continous-wave (kontinuierlich emittierenden) Faser-Laser.