AUF DIREKTEM WEG

Doch Jaeger fehlte damals ein passender Lösungsansatz. Deshalb schrieb er sein Projekt in die unternehmensinterne Datenbank. In diesem Ideengedächtnis speichern Evonik-Forscher Vorschläge, für die sie noch keine technischen Umsetzungsmöglichkeiten sehen, aber hoffen, dass jemand diese eines Tages findet.

Als Wiederhold Jaegers Notiz las, kam ihm spontan eine Idee, wie die Synthese chemisch funktionieren könnte. „Das war der Startpunkt von HYPROSYN™“, sagt der Chemiker. Seit 2013 wird das Projekt zur günstigen und nachhaltigen Direktsynthese von Propylen­glykol durch das Geschäftsgebiet Active Oxygens in den Laboren der Verfahrenstechnik entwickelt.

Die Nachfrage nach Propylenglykol ist groß, und sie wächst jährlich um 2,5 Prozent. Es steckt nicht nur in Frostschutz- und Schmiermitteln, sondern auch in glasfaserverstärkten Kunststoffen, in Reinigungs- und Waschmitteln oder in Latexwandfarben. Auch für die Lebensmittelindustrie ist der Stoff unverzichtbar. Er verleiht nicht nur Kaugummis die gewünschte Kon­sistenz, sondern macht auch Gebäck weich und hält verpackte Nahrungsmittel feucht. Bauern behandeln damit sogar Stoffwechselerkrankungen bei ihren Milchkühen. „Propylenglykol hat sich zu einem Allround-Bestseller entwickelt“, sagt Thomas Bode, der bei Evonik für die HYPROSYN™-Technologie verantwortlich ist. Derzeit werden weltweit pro Jahr rund zwei Millionen Tonnen Propylenglykol verarbeitet. Um den steigenden Bedarf zu decken, arbeiten Entwickler seit Jahren an neuen Lösungen.

Bei Evonik machte sich ein Kernteam von vier Mitarbeitern an die Arbeit, eine neue Form der Propylen­glykol-Synthese zu entwickeln. „Um das Verfahren auszufeilen, brauchten wir allerdings die Unterstützung weiterer Kollegen aus unterschiedlichen Bereichen“, erläutert Wiederhold. So trugen zahlreiche Mitarbeiter aus dem ganzen Unternehmen ihr Wissen zu dieser Entwicklung bei.

Bislang wird zur Herstellung von Propylenglykol oft zuerst Propylenoxid produziert. Zur Herstellung dieses Vorprodukts hat Evonik in Kooperation mit Thyssenkrupp nach der Jahrtausendwende das sogenannte HPPO­-Verfahren entwickelt. Die Abkürzung steht für Hydrogen Peroxide to Propylene Oxide. 2008 wurde das Verfahren erstmals für eine Anlage in Südkorea lizenziert, die inzwischen über 130.000 Tonnen Propylen­oxid produziert. Gegenüber klassischen Synthesen, bei denen man beispielsweise Chlor oder Benzol benötigt, kommt hier neben Propylen nur Wasserstoffper­oxid (H₂O₂) zum Einsatz, das Evonik liefert. Als Nebenprodukt entsteht lediglich Wasser.

Das Zwischenprodukt Propylenoxid ist überaus begehrt: Ein Fünftel der Produktion wird zur Synthese von Propylenglykol verwendet. Zwei Drittel werden weiterverarbeitet zu Polyetherpolyolen, die man über Zwischenstufen zu Polyurethan-(PU)-Produkten verarbeitet, beispielsweise Bauschäume oder Farbgrundierungen. Der Rest dient als Ausgangsstoff für andere wertvolle Chemikalien. Die Nachfrage nach Propylen­oxid wuchs zuletzt sogar noch schneller als die nach Propylenglykol: um etwa vier Prozent auf rund elf Millionen Tonnen.

Um den Bedarf auch in Zukunft decken zu können, könnte man also weitere Propylenoxid-Anlagen bauen. Jede Anlage kostet jedoch einen dreistelligen Millionen-­€-Betrag. Oder aber man erforscht innovative Lösungen, die zugleich neue Möglichkeiten für den Einsatz umweltschonenden Wasserstoffperoxids eröffnen. „Der zweite Weg erschien uns deutlich attraktiver“, sagt Projektleiter Wiederhold.

Der Schlüssel zum Erfolg, der Wiederhold zum Durchbruch verholfen hat, liegt in einem neu entwickelten Katalysatorsystem. Es ist jetzt möglich, das Propylen­glykol in nur einer einzigen Reaktion aus Propylen und Wasserstoffperoxid herzustellen – ohne den Umweg über das Propylenoxid. Ein Katalysator sorgt generell dafür, dass eine chemische Reaktion erleichtert und beschleunigt wird. Besonderer Charme dieser Lösung: Einige Komponenten des neuen Katalysators wurden bei Evonik bereits in anderen chemischen Prozessen eingesetzt. „Die Kombination unterschiedlicher Einsatzstoffe sorgt zusammen mit speziellen technischen Verfahren dafür, dass der Katalysator über lange Zeit stabil bleibt“, so Wiederhold. „Außerdem werden die Grundstoffe Propylen und Wasserstoffper­oxid durch ihn besonders effizient und energiesparend umgewandelt.“