Salzsäurebehandlung verbessert Katalysatoren zur Entschwefelung von Erdöl

Salzsäure bringt Katalysatoren auf Trab

Das Hydrotreating ist einer der wichtigsten, katalytischen Prozesse – sowohl im Hinblick auf die eingesetzten Katalysatormengen als auch in Bezug auf die Menge der verarbeiteten Rohstoffe. Mit Wasserstoff unter hohem Druck werden dabei Verunreinigungen wie Schwefel- oder Stickstoffverbindungen möglichst vollständig aus dem Rohöl entfernt. 

„Derartige Verunreinigungen würden später zu Schwefeldioxid und Stickoxiden verbrennen, was negative Auswirkungen auf die Umwelt, vor allem auf die Luftqualität zur Folge hätte“, sagt Manuel Wagenhofer, Erstautor der in Science Advances veröffentlichten Studie. Zudem würden Schwefel- und Stickstoffverbindungen auch Edelmetalle in Abgaskatalysatoren moderner Fahrzeuge beschädigen und ihre Wirksamkeit drastisch verringern.

Die TUM-Chemiker untersuchten solche Mischmetallsulfid-Katalysatoren auf ihre Wirksamkeit beim Hydrotreating. Dazu synthetisierten sie in mehreren Prozessschritten zunächst Nickel-Molybdän-Sulfide, im Anschluss behandelten sie sie mit Säure. 

„Es war erstaunlich, wie stark die Zugabe von konzentrierter Salzsäure die katalytische Leistung erhöht“, sagt Wagenhofer. „Salzsäure verbessert die Zugänglichkeit zu aktiven Zentren in den Katalysatoren, indem es weniger aktive Komponenten, vor allem Nickelsulfide, entfernt. Es entstehen reinere und damit aktivere Mischmetallsulfide.“

Die Ergebnisse der TUM-Chemiker sind auch für die Grundlagenforschung von großer Bedeutung. Die gereinigten Mischmetallsulfide lassen sich nämlich wissenschaftlich leichter untersuchen. 

„Wir konnten dadurch beispielsweise an den so behandelten Katalysatoren aktive Zentren identifizieren und quantifizieren“, erklärt Lercher. „Das war nur möglich, weil die Oberfläche nicht mehr mit Nickelsulfid belegt war.“ 

Prinzipiell lasse sich die Säurebehandlung als Untersuchungsinstrument für eine Reihe ähnlicher Katalysatoren nutzen, um diese zu optimieren, etwa auch für die Anwendung mit Ölen aus nachwachsenden Rohstoffen, die künftig in Raffinerien zu klimaneutralen Kraftstoffen umgewandelt werden sollen. 

„Wenn wir Mischmetallsulfid-Katalysatoren besser verstehen, können wir sie eventuell auch für den Einsatz in anderen wichtigen Zukunftsfeldern wie Wasserelektrolyse oder Wasserstoff-Brennstoffzellen dramatisch verbessern“, sagt Johannes Lercher.