Nachwachsende Rohstoffe

Die Reserven an Erdöl und Erdgas werden immer knapper. Deshalb ist es eigentlich die pure Verschwendung, diese kostbaren Rohstoffe einfach zu verheizen oder in Fahrzeugmotoren zu verbrennen. Denn das „schwarze Gold“ ist das wichtigste Ausgangsprodukt für die chemische Industrie und dient zur Herstellung der meisten organischen Verbindungen wie Kunststoffen, Medikamenten oder Lösungsmitteln. Man braucht also Alternativen und sucht sie bei Mutter Natur, in der Hoffnung, dass nachwachsende pflanzliche Rohstoffe den fossilen Ressourcen irgendwann ernsthaft Konkurrenz machen können.

So entsteht beispielsweise bei der enzymatischen Spaltung von Cellulose aus Holzabfällen der Zucker Glucose, der wiederum zu Ethanol vergoren wird. Ethanol kann als „biologischer“ Treibstoff für Fahrzeuge dienen. Unter veränderten Reaktionsbedingungen entsteht beim Vergären von Glucose Glycerin. Glycerin ist ebenfalls ein viel versprechendes Ausgangsprodukt zur Synthese von Kraftstoffen und anderen organischen Verbindungen, wie ein Team von Wissenschaftlern aus den USA und Brasilien herausfanden.

J. A. Dumesic und seine Mitarbeiter entwickelten einen Prozess, in dem sich mit Hilfe von Platin-Katalysatoren Glycerin unter relativ milden Bedingungen, d. h. bei Temperaturen zwischen 225 und 300 °C, in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (CO) zerlegen lässt. Das Verfahren hat mehrere Vorteile: Zum einen fällt Glycerin als Nebenprodukt bei der Herstellung von Biodiesel an. Außerdem entsteht beim Fermentieren von Glucose eine 25 %-ige Glycerin-Lösung, während beim Abbau von Zucker zu Ethanol eine Mischung entsteht, die nur 5 % der gewünschten Substanz enthält. Dieses Ethanol muss dann noch über eine energieaufwändige Destillation abgetrennt werden, während die Glycerin-haltige Lösung gleich weiter verarbeitet werden kann – entweder zu Methanol oder im Fischer-Tropsch-Verfahren zu längerkettigen Alkanen.

Für die Fischer-Tropsch-Synthese wird eine Mischung von Wasserstoff und Kohlenoxid im Verhältnis 2:1 über einen Kobaltkatalysator geleitet und auf etwa 200 °C erwärmt. Das bei der katalytischen Spaltung von Glycerin erhaltene Mischungsverhältnis der beiden Gase kann durch geschickte Auswahl des Pt-Katalysatorsystems auf den für die Fischer-Tropsch-Synthese geeigneten Wert eingestellt werden.

Auch die Energiebilanz der gekoppelten Reaktionen sieht günstig aus: Zur endothermen Spaltung von Glycerin ist ein Energieaufwand von 350 kJmol -1 erforderlich. Die Fischer-Tropsch-Synthese ist dagegen eine exotherme Reaktion und liefert einen Energiebetrag von -412 kJmol-1. In der Summe ergibt sich also einen Energiegewinn von -62 kJmol-1.

Autor: James A. Dumesic, University of Wisconsin, Madison (USA), http://www.engr.wisc.edu/che/faculty/dumesic_james.html
Angewandte Chemie: Presseinfo 21/2006
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