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Ökologie & Natur
Neue Wege zur Biomasse-Nutzung
Wolframcarbid als Katalysator für die kosteneffektive
Umsetzung von Cellulose in industriell nutzbare Kohlenstoffverbindungen
Alternativen zu Erdöl und Erdgas als Kohlenstoffquelle und
Brennstoff sind gefragt. Biomasse könnte dabei zukünftig einen
bedeutenderen Stellenwert einnehmen. Forscher aus den USA
und China haben jetzt einen neuen Katalysator entwickelt,
der Cellulose, die am weitesten verbreitete Form von Biomasse,
direkt in Ethylenglycol umsetzt, ein wichtiges Zwischenprodukt
der chemischen Industrie. Wie sie in der Zeitschrift Angewandte
Chemie berichten, besteht der Katalysator aus Wolframcarbid
und Nickel auf Kohlenstoff als Trägermaterial.
Derzeit wird Biomasse vor alle m in Form von Stärke genutzt,
die zu Zuckern abgebaut und zu Ethanol fermentiert wird. Cellulose
zu nutzen, wäre günstiger; sie ist der Hauptbestandteil von
pflanzlichen Zellwänden und damit die häufigste organische
Verbindung der Erde. Anders als Stärke aus Mais und Getreide
ist Cellulose zudem kein Nahrungsmittel, eine Konkurrenz zwischen
einer Verwendung als Nahrungsmittel und als Roh- und Brennstoff
könnte nicht entbrennen. Bisher wird Cellulose meist fermentativ
verarbeitet. Die Spaltung von Cellulose in seine einzelnen
Zuckerbausteine, die dann fermentiert werden könnten, ist
jedoch ein langsamer, kostenintensiver Prozess. Entsprechend
attraktiv erscheint die Alternative einer direkten Umsetzung
der Cellulose in nutzbare organische Verbindungen.$$Erste
Reaktionen wurden entwickelt, die von verschiedenen Edelmetall-Katalysatoren
katalysiert werden. Der Nachteil: Es werden große Mengen der
teuren Edelmetalle benötigt, um die Cellulose abzubauen. Im
großtechnischen Maßstab sind diese Verfahren daher nicht wirtschaftlich.
Ein kostengünstigerer und dabei effektiverer Katalysator wäre
wünschenswert.
Einen solchen hat das Team um Tao Zhang vom Dalian Institute
of Chemical Physics (China) und Jingguang G. Chen von der
University of Delaware (Newark, USA) nun entwickelt. Der Katalysator
besteht aus Wolframcarbid, das auf einen Träger aus Kohlenstoff
aufgebracht wird. Kleine Mengen Nickel verbessern die Leistungsfähigkeit
und vor allem die Selektivität des Katalysatorsystems: Dank
eines synergistischen Effekts zwischen Nickel und Wolframcarbid
lässt sich die Cellulose nicht nur zu 100% umsetzen, sondern
der Anteil von Ethylenglycol an den entstehenden Polyalkoholen
auf erstaunliche 61% steigern. Ethylenglycol ist ein wichtiges
Zwischenprodukt der chemischen Industrie. Es wird beispielsweise
in der Kunststoffindustrie bei der Produktion von Polyesterfasern
und -harzen benötigt und dient in der Automobilindustrie als
Frostschutzmittel.
Dr. Renate Hoer / Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.
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