Methyl- tert -butylether

Methyl -tert -butylether ( MTBE ), auch bekannt als tert- Butylmethylether , ist eine organische Verbindung mit der Strukturformel (CH₃ ₎ ₃COCH₃ _{. MTBE ist eine flüchtige, brennbare und farblose Flüssigkeit ,} die in Wasser schwerlöslich ist. ^{[ 1 ]} MTBE wird hauptsächlich als Kraftstoffadditiv verwendet und Benzin beigemischt , um die Oktanzahl und die Klopffestigkeit zu erhöhen sowie unerwünschte Abgasemissionen zu reduzieren . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

MTBE wird durch die chemische Reaktion von Methanol und Isobutylen hergestellt . Methanol wird hauptsächlich aus Erdgas gewonnen ^{[ 4 ]} , wobei die verschiedenen leichten Kohlenwasserstoffe im Erdgas (hauptsächlich Methan) durch Dampfreformierung in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt werden ^{[ 5 ]} . Die entstehenden Gase reagieren dann in Gegenwart eines Katalysators weiter zu Methanol ^{[ 6 ]} . Isobutylen kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. n -Butan kann zu Isobutan isomerisiert werden , welches zu Isobutylen dehydriert werden kann ^{[ 7 ]} . Im Halcon-Verfahren wird tert -Butylhydroperoxid, das durch Oxygenierung von Isobutan entsteht, mit Propylen zu Propylenoxid und tert -Butanol umgesetzt . Das tert -Butanol kann zu Isobutylen dehydratisiert werden.

Die weltweite MTBE-Produktion ist aufgrund der positiven Auswirkungen auf die Motorleistung stabil. ^{[ 8 ]} Die globale Nachfrage wurde hauptsächlich durch wachsende asiatische Märkte getrieben. ^{[ 9 ]} Die Produktionskapazität in China stieg von rund 18 Millionen Tonnen im Jahr 2017 ^{[ 10 ]} auf rund 22 Millionen Tonnen im Jahr 2023, wobei die tatsächliche Produktion im selben Jahr bei rund 16 Millionen Tonnen lag. ^{[ 11 ]}

Die MTBE-Produktion in den USA erreichte 1999 mit 260.000 Barrel pro Tag ihren Höhepunkt ^{[ 12 ]} , bevor sie aufgrund von Umwelt- und Gesundheitsbedenken sowie des Drucks der Bioethanollobby ^{[ 8 ]} auf etwa 50.000 Barrel pro Tag zurückging und sich dort stabilisierte ^{[ 13 ]} , hauptsächlich für den Exportmarkt. Nach der Übernahme von SABIC [ ^{14 , 15 ]} gilt der Ölkonzern Saudi Aramco nun als weltweit größter Produzent ^{[ 16 ]} mit einer geschätzten Produktionskapazität von 2,37 Millionen Tonnen pro Jahr [17]. ^{Die weltweite Produktionskapazität von} MTBE wurde 2018 auf 35 Millionen Tonnen geschätzt ^{[ 18 ] .}

MTBE wird als Kraftstoffkomponente in Benzinmotoren verwendet . Es gehört zu einer Gruppe von Chemikalien, die gemeinhin als Sauerstoffverbindungen bezeichnet werden , da sie den Sauerstoffgehalt von Benzin erhöhen.

In den USA wird MTBE seit 1979 in geringen Mengen Benzin beigemischt und ersetzt dort Tetraethylblei (TEL) als Antiklopfmittel (zur Erhöhung der Oktanzahl), um Motorklopfen zu verhindern . ^{[ 19 ]} Sauerstoffhaltige Verbindungen tragen außerdem zu einer vollständigeren Verbrennung von Benzin bei und reduzieren so die Abgasemissionen . Sie verdünnen oder verdrängen zudem Benzinbestandteile wie Aromaten (z. B. Benzol ). Vor der Einführung anderer sauerstoffhaltiger Verbindungen und Oktanzahlverbesserer bevorzugten Raffinerien MTBE aufgrund seiner guten Mischbarkeit und des niedrigen Preises.

Weitere Sauerstoffverbindungen sind als Benzinzusätze erhältlich, darunter Ethanol und andere Ether wie ETBE .

Ethanol wurde von Agrar- und anderen Interessengruppen in den USA und Europa als sichere Alternative beworben. Kalifornien war 2003 der erste US-Bundesstaat, der damit begann, MTBE durch Ethanol zu ersetzen.

Eine Alternative zu Ethanol ist ETBE, das aus Ethanol und Isobutan hergestellt wird. Seine Leistung als Additiv ist ähnlich wie die von MTBE, jedoch ist es aufgrund des höheren Preises von Ethanol im Vergleich zu Methanol teurer.

Hochwertigeres Benzin ist ebenfalls eine Alternative, sodass Additive wie MTBE überflüssig werden. Stattdessen wird Isooctan verwendet. MTBE-Anlagen können umgerüstet werden, um Isooctan aus Isobutylen herzustellen. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

MTBE wird gelegentlich als Lösungsmittel verwendet ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} , allerdings seltener als Diethylether . Obwohl MTBE ein Ether ist, ist es aufgrund sterischer Effekte eine schwache Lewis-Base und unterstützt die Bildung von Grignard-Reagenzien nicht . Es reagiert gefährlich mit starken Säuren oder Brom ^{[ 25 ]} .

MTBE bildet Azeotrope mit Wasser (52,6 °C; 96,5 % MTBE) ^{[ 26 ]} und Methanol (51,3 °C; 68,6 % MTBE) ^{[ 27 ] . Die Löslichkeit von Wasser in MTBE wird mit 1,5 g/100 g bei 23 °C angegeben [ 26 ]} .

Bei einem experimentellen medizinischen Verfahren namens Kontaktauflösungstherapie wird MTBE direkt in die Gallenblase injiziert, um Cholesteringallensteine ​​aufzulösen . Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der MTBE-Toxizität und potenziell schwerwiegender Nebenwirkungen bei einem Übertritt des Lösungsmittels in den Zwölffingerdarm sowie der Entwicklung laparoskopischer Operationstechniken gilt dieses Verfahren als überholt. ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

MTBE wird in der organischen Chemie als relativ preiswertes Lösungsmittel mit Eigenschaften ähnlich denen von Diethylether eingesetzt, weist jedoch einen höheren Siedepunkt und eine geringere Wasserlöslichkeit auf. Als Lösungsmittel besitzt MTBE einen entscheidenden Vorteil gegenüber den meisten Ethern: Es neigt deutlich weniger zur Bildung explosiver organischer Peroxide. Es findet breite Anwendung in der Industrie, wo die Handhabung von Diethylether oder anderen Ethern aus Sicherheits- und Regulierungsgründen wesentlich schwieriger und kostspieliger ist. In der Erdölraffinerie wird MTBE zur Entparaffinierung wachsartiger Erdölfraktionen verwendet.

MTBE verleiht Wasser einen unangenehmen Geschmack, selbst bei sehr niedrigen Konzentrationen von <30 μg/L (<30 ppb). ^{[ 31 ]} MTBE gelangt häufig durch undichte unterirdische Lagertanks an Tankstellen oder durch Benzinunfälle in Grundwasserleiter. Aufgrund seiner hohen Wasserlöslichkeit und Persistenz breitet sich MTBE im Grundwasser schneller und weiter aus als viele andere Benzinbestandteile. ^{[ 32 ]}

MTBE wird durch Bakterien abgebaut. In einem geeigneten Bioreaktor , beispielsweise einem Wirbelschichtbioreaktor , lässt sich MTBE schnell und wirtschaftlich bis unter die Nachweisgrenze aus dem Wasser entfernen. Aktivkohle aus Kokosnussschalen, optimiert für die MTBE-Adsorption, kann MTBE ebenfalls bis unter die Nachweisgrenze reduzieren ^{[ 33 ]} , allerdings ist diese Reduktion wahrscheinlich nur unter optimalen Bedingungen zu erreichen. Bislang sind keine veröffentlichten Fälle bekannt, in denen ein In-situ-Behandlungsverfahren die Schadstoffkonzentrationen im Grundwasserleiter auf den Ausgangswert (vor der Erschließung) senken konnte.

Laut der Internationalen Agentur für Krebsforschung (IARC), einer Einrichtung der Weltgesundheitsorganisation , wird MTBE im Jahr 2025 in die Gruppe 2B (möglicherweise krebserregend für den Menschen) eingestuft, da Tierstudien darauf hindeuten, dass es selbst in Dosen weit oberhalb der Geschmacksschwelle Krebs auslösen kann. Benzin für Kraftfahrzeuge selbst ist in die Gruppe 1 (krebserregend für den Menschen) eingestuft, da hierfür eindeutige Beweise vorliegen. ^{[ 34 ]}

Laut Expositionsdaten einer früheren Version der IARC-Monographie ist die MTBE-Belastung für Menschen am höchsten bei Arbeitern, die für den Transport der Chemikalie und deren Beimischung zu Benzin verantwortlich sind. Die in der Umgebungsluft und der Umwelt gefundenen Konzentrationen sind um Größenordnungen niedriger als die berufsbedingte Belastung, selbst für Kunden, die an Tankstellen tanken. Tierstudien zeigten keinen Anstieg der Krebsrate, wenn MTBE dem Futter beigemischt wurde; die Inhalation führte jedoch bei Ratten zu einem Anstieg der Krebsfälle. In dieser Version wurde MTBE aufgrund der unzureichenden Datenlage aus Tierversuchen in die Gruppe 3 (nicht als krebserregend für den Menschen einzustufen) eingestuft. ^{[ 35 ]}

Das 2005 vom US-Repräsentantenhaus verabschiedete Energiegesetz enthielt keine Bestimmung zum Schutz von MTBE-Herstellern vor Klagen wegen Wasserverschmutzung . Diese Bestimmung war erstmals 2003 vorgeschlagen worden und galt einigen als Priorität von Tom DeLay und dem Abgeordneten Joe Barton , dem damaligen Vorsitzenden des Energie- und Handelsausschusses. ^{[ 36 ]} Das Gesetz sah jedoch eine Übergangshilfe von 2 Milliarden US-Dollar für MTBE-Hersteller, darunter einige große Ölkonzerne , vor, während MTBE in den folgenden neun Jahren schrittweise abgeschafft wurde. ^{[ 37 ]} Aufgrund von Widerstand im Senat ^{[ 38 ]} wurden alle MTBE-Bestimmungen im Konferenzbericht gestrichen. Das endgültige Gesetz wurde von Präsident George W. Bush unterzeichnet . ^{[ 39 ]} Der fehlende Haftungsschutz für MTBE führt zu einem verstärkten Einsatz von Ethanol als Benzinzusatz.

Die Kosten für die MTBE-Entfernung aus Grundwasser und Bodenverunreinigungen in den USA wurden auf 1 Milliarde US ^{- Dollar [ 40 ]} bis 30 Milliarden US-Dollar [ ^{41 ]} geschätzt . Darin enthalten waren die Entfernung der Substanz aus Grundwasserleitern und der städtischen Wasserversorgung sowie der Austausch undichter unterirdischer Öltanks. In einem Fall beliefen sich die Kosten für die Sanierung von MTBE-belasteten Brunnen in Santa Monica, Kalifornien, auf über 200 Millionen US-Dollar ^{[ 42 ]} . In einem anderen Fall schätzte die Stadt New York die Kosten für die Sanierung eines einzelnen Brunnenfelds im Stadtbezirk Queens im Jahr 2009 auf 250 Millionen US-Dollar ^{[ 43 ].} Im Jahr 2013 sprach eine Jury dem Bundesstaat New Hampshire 236 Millionen US-Dollar Schadensersatz für die Behandlung von MTBE-belastetem Grundwasser zu ^{[ 44 ] .}

Im Zusammenhang mit der MTBE-Kontamination öffentlicher und privater Trinkwasserversorgungsanlagen sind noch immer zahlreiche Gerichtsverfahren anhängig.

Die EPA führte MTBE erstmals 1998 als Kandidaten für die Entwicklung eines nationalen Grenzwerts für die maximale Kontaminationskonzentration (MCL) im Trinkwasser auf. ^{[ 45 ]} Die Behörde nahm MTBE 2022 erneut in ihre Liste potenzieller Schadstoffe auf, hat aber noch nicht bekannt gegeben, ob sie einen MCL festlegen wird. ^{[ 46 ]} Die EPA verwendet Toxizitätsdaten zur Entwicklung von MCLs für öffentliche Wasserversorgungssysteme . ^{[ 47 ]}

Kalifornien legte im Jahr 2000 einen Grenzwert für MTBE auf Landesebene von 13 Mikrogramm pro Liter fest. ^{[ 48 ]}

• Cyclopentylmethylether (CPME)
• Di-tert-butylether
• Liste der Benzinadditive
• tert -Amylmethylether (TAME)

• MTBE in Europe
• MTBE webpage from the EPA