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 IFAT 2018: Phosphorgewinnung aus Klärschlamm und andere regionale Nutzungskonzepte für Biomassen
26.04.2018 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Auswerte-Elektronik QUADRA-CHEK 2000 von HEIDENHAIN: Zuverlässig und einfach messen
20.04.2018 | DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Why we need erasable MRI scans

New technology could allow an MRI contrast agent to 'blink off,' helping doctors diagnose disease

Magnetic resonance imaging, or MRI, is a widely used medical tool for taking pictures of the insides of our body. One way to make MRI scans easier to read is...

Im Focus: Fraunhofer ISE und teamtechnik bringen leitfähiges Kleben für Siliciumsolarzellen zu Industriereife

Das Kleben der Zellverbinder von Hocheffizienz-Solarzellen im industriellen Maßstab ist laut dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenhersteller teamtechnik marktreif. Als Ergebnis des gemeinsamen Forschungsprojekts »KleVer« ist die Klebetechnologie inzwischen so weit ausgereift, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden.

Dabei ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung wurde...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz »Encoding Cultures. Leben mit intelligenten Maschinen« | 27. & 28.04.2018 ZKM | Karlsruhe

26.04.2018 | Veranstaltungen

Konferenz zur Marktentwicklung von Gigabitnetzen in Deutschland

26.04.2018 | Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Weltrekord an der Uni Paderborn: Optische Datenübertragung mit 128 Gigabits pro Sekunde

26.04.2018 | Informationstechnologie

Multifunktionaler Mikroschwimmer transportiert Fracht und zerstört sich selbst

26.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Berner Mars-Kamera liefert erste farbige Bilder vom Mars

26.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics