Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gut und günstig: Eisen ersetzt Palladium

14.06.2012
Forscher entwickeln alternativen Katalysator für die Produktion von Polyethylen

Edelmetalle sind teuer und gefragt, nicht nur als Schmuck oder Geldanlage, sondern auch in der Industrie. Dort fungieren die wertvollen Metalle unter anderem als Katalysatoren chemischer Reaktionen. Palladium etwa vermittelt einen entscheidenden Schritt bei der Produktion von Polyethylen, dem Material, aus dem unter anderem Plastiktüten gefertigt werden.


Eine Alternative zum Edelmetall: Czochralski-Einkristall einer Eisen-Aluminium-Verbindung. Solche Kristalle verwendeten die Forscher, um einen wichtigen Syntheseschritt bei der Produktion des Kunststoffs Polyethylen zu katalysieren. Bisher nutzt die Industrie dafür ein palladiumhaltiges Material.
Quelle: Forschungszentrum Jülich

Auf der Suche nach günstigeren Alternativen haben Wissenschaftler aus Jülich, Dresden, Berlin, München und Budapest nun einen Katalysator aus Eisen und Aluminium entwickelt, der genauso gut wie sein Vorbild aus Palladium arbeitet, aber wesentlich billiger ist. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Materials“ nachzulesen (DOI: 10.1038/NMAT3347).

Aus Polyethylen werden unter anderem leichte, flexible und stabile Plastiktüten gefertigt. Damit diese nicht schon bei geringer Belastung reißen, darf das Ausgangsmaterial Ethen (Ethylen) nicht mit Ethin (Acetylen) verunreinigt sein. Beides wird aus Erdöl erzeugt und lässt sich schwer voneinander trennen. Deshalb wird Ethin für die Kunststoffproduktion mit Hilfe von Palladium zu Ethen verarbeitet. Der teure Katalysator kann zukünftig möglicherweise durch eine Verbindung aus Eisen und Aluminium ersetzt werden. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, des Fritz-Haber-Instituts in Berlin, der LMU München sowie des Budapester Zentrums für Energieforschung schlagen das Material als Ersatz vor, da es Ethin genauso effizient zu Ethen hydriert wie edelmetallhaltige Katalysatoren.

Zum Erfolg führte ein systematisches Vorgehen: Die Forscher nutzten dabei das Wissen, wie die Reaktion am Platin genau stattfindet, folgerten daraus die notwendigen Eigenschaften des Katalysators und suchten nach einem passenden Material. So war bekannt, dass Palladium nur dann das gewünschte Produkt liefert, wenn es möglichst kleine aktive Zentren aufweist, etwa in Form von einzelnen Palladiumatomen in einer inaktiven Matrix. Andernfalls bleibt die Reaktion der Ethin-Moleküle nicht bei der Semihydrierung stehen. Das heißt, sie nehmen nicht nur zwei, sondern vier Wasserstoffatome auf und werden zu Ethan, das für die Kettenreaktion zum Polyethylen völlig unbrauchbar ist. So entstand die Idee, die aktiven Zentren, zunächst einzelne Palladiumatome, in einem Kristallgitter aus Gallium zu fixieren.

In einem weiteren Schritt mussten alternative Materialien gefunden werden. Als geeignet erwiesen sich Eisen und Aluminium in Form einer so genannten komplexen intermetallischen Verbindung. Anders als in Legierungen mischen sich darin die beteiligten Metalle nicht mehr oder weniger wahllos, sondern bilden geordnete Kristallstrukturen. So ist es möglich, die einzelnen katalytischen Zentren aus Eisenatomen mit Hilfe des Aluminiums klar voneinander zu trennen. Hergestellt wurden die getesteten Materialien am Jülicher Peter Grünberg Institut und an der LMU München.

Die Eisen-Aluminium-Verbindung katalysiert genauso zuverlässig wie Palladium-Gallium. Ehe die Industrie mit dem neuen Katalysator die Kosten der Polyethylen-Produktion senken kann, muss sich das Material noch in der großtechnischen Anwendung bewähren. Dann könnte der Katalysator auch bei der Produktion anderer Kunststoffe seine Qualität als selektiver Wasserstoffvermittler ausspielen.

"Wichtig ist, dass wir noch besser verstehen, welche physikalischen Prozesse bei der Katalyse ablaufen“, erläutert Dr. Michael Feuerbacher vom Peter Grünberg Institut. „Das hilft uns einerseits bei der weiteren Optimierung des Eisen-Aluminium-Katalysators, andererseits bei der Suche nach anderen katalytischen Materialien."

Denn die Forscher wollen weiter systematisch nach Katalysatoren für andere Reaktionen suchen, verstärkt im Bereich der alternativen Energieversorgung: Dafür untersuchen sie weitere komplexe intermetallische Verbindungen, zum Beispiel im Hinblick auf ihre Eignung für die Umwandlung von Methan in Wasserstoff, wie er etwa zum Antrieb von Wasserstoff-Autos benötigt wird.

Eine Alternative zum Edelmetall: Czochralski-Einkristall einer Eisen-Aluminium-Verbindung. Solche Kristalle verwendeten die Forscher, um einen wichtigen Syntheseschritt bei der Produktion des Kunststoffs Polyethylen zu katalysieren. Bisher nutzt die Industrie dafür ein palladiumhaltiges Material.

Quelle: Forschungszentrum Jülich

Originalveröffentlichung:

Al13Fe4as a low-cost alternative forpalladium in heterogeneoushydrogenation;
M. Armbrüster et al.; Nature Materials (2012); DOI: 10.1038/NMAT3347

Ansprechpartner:
Dr. Michael Feuerbacher, Forschungszentrum Jülich,
Institut Mikrostrukturforschung (PGI-5),
Tel. 02461 61-2409,
E-Mail: m.feuerbacher@fz-juelich.de

Pressekontakt:
Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin,
Forschungszentrum Jülich,
Tel. 02461 61-6048,
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de

Angela Wenzik | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Intelligente Sensoren mit System
29.05.2017 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"
24.05.2017 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

New insights into the ancestors of all complex life

29.05.2017 | Earth Sciences

New photocatalyst speeds up the conversion of carbon dioxide into chemical resources

29.05.2017 | Life Sciences

NASA's SDO sees partial eclipse in space

29.05.2017 | Physics and Astronomy