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Forscher entwickeln neuen Katalysator für die Biomasse-Nutzung

Sesam öffne dich für Cellulose

Alternativen zu Erdöl und Erdgas als Kohlenstoffquelle und Brennstoff sind heute gefragt. Biomasse könnte dabei zukünftig einen bedeutenderen Stellenwert einnehmen. Ein internationales Forscherteam hat jetzt einen neuen Katalysator entwickelt, der Cellulose, die am weitesten verbreitete Form von Biomasse, direkt in Ethylenglycol umsetzt – ein wichtiges Zwischenprodukt der chemischen Industrie.

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Wie die Wissenschaftler aus den USA und China in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, besteht der Katalysator aus Wolframcarbid und Nickel auf Kohlenstoff als Trägermaterial.

Derzeit wird Biomasse vor allem 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.

Bisherige Edelmetall-Katalysatoren zu teuer

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.

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Erste Reaktionen wurden in letzter Zeit bereits entwickelt, die von verschiedenen Edelmetall-Katalysatoren katalysiert werden. Der Nachteil: Die Forscher benötigen große Mengen der teuren Edelmetalle, um die Cellulose abzubauen. Im großtechnischen Maßstab sind diese Verfahren daher nicht wirtschaftlich. Ein kostengünstigerer und dabei effektiverer Katalysator wäre wünschenswert.

Effektiverer Katalysator entwickelt

Einen solchen hat das Team um Tao Zhang vom Dalian Institute of Chemical Physics in China und Jingguang G. Chen von der University of Delaware in den 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 Prozent umsetzen, sondern der Anteil von Ethylenglycol an den entstehenden Polyalkoholen auf erstaunliche 61 Prozent 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.

(idw – Gesellschaft Deutscher Chemiker, 24.09.2008 – DLO)

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