Neue Wege zur Biomasse-Nutzung

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 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. 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.

Angewandte Chemie: Presseinfo 37/2008

Autor: Jingguang G. Chen, University of Delaware, Newark (USA), http://www.che.udel.edu/research_groups/chen/

Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200803233

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