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Das Northwestern-Team nutzte erstmals Licht und Wasser, um Acetylen in Ethylen umzuwandeln, eine weit verbreitete, \u00e4u\u00dferst wertvolle Chemikalie, die ein wichtiger Bestandteil von Kunststoffen ist.<\/p>\n\n\n\n
W\u00e4hrend diese Umwandlung normalerweise hohe Temperaturen und Dr\u00fccke, brennbaren Wasserstoff und teure Metalle erfordert, um die Reaktion voranzutreiben, ist das der Photosynthese \u00e4hnliche Verfahren der Northwestern University wesentlich kosteng\u00fcnstiger und weniger energieintensiv. Das neue Verfahren ist nicht nur umweltfreundlich, sondern funktioniert auch unglaublich gut – es wandelt nahezu 100 % des Acetylens erfolgreich in Ethylen um.<\/p>\n\n\n\n
“In der Industrie erfordert diese Methode energieintensive Prozesse, die hohe Temperaturen, eine externe Zufuhr von entflammbarem Wasserstoffgas und edelmetallhaltige Materialien erfordern, die teuer und schwer zu beschaffen sind”, so Francesca Arcudi von Northwestern, Mitautorin der Studie. “Unsere neue Strategie l\u00f6st all diese Probleme auf einmal. Sie funktioniert mit Licht und Wasser anstelle von hohen Temperaturen und Wasserstoff. Und anstelle von teuren Metallen verwenden wir nat\u00fcrlich vorkommende, preiswerte Materialien”.<\/p>\n\n\n\n
Die daraus resultierende Strategie funktionierte erschreckend gut. W\u00e4hrend das derzeitige industrielle Verfahren eine 90-prozentige Selektivit\u00e4t f\u00fcr Ethylen aufweist, erreicht der Ansatz von Northwestern eine 99-prozentige Selektivit\u00e4t f\u00fcr Ethylen.<\/p>\n\n\n\n
“Dies ist wichtig, weil es sich um eine Grundstoffchemikalie mit hohem wirtschaftlichem Wert handelt”, so Luka \u00d0or\u0111evi\u0107 von Northwestern, Mitautor der Studie. “Je mehr man ohne Abfall produzieren kann, desto besser.”<\/p>\n\n\n\n
Die Studie wird am Donnerstag (9. Juni) in der Zeitschrift Nature Chemistry<\/em> ver\u00f6ffentlicht .<\/em> Es ist der erste Bericht \u00fcber die Verwendung von Licht zur Umwandlung von Acetylen in Ethylen durch Forscher.<\/p>\n\n\n\n Die Studie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen Emily Weiss und Samuel I. Stupp und ihrer gemeinsamen Arbeit im Rahmen des Center for Bio-Inspired Energy Science (CBES) an der Northwestern University. Weiss, Professorin f\u00fcr Chemie am Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences, ist die korrespondierende Autorin der Studie. Arcudi ist Postdoktorand in Weiss’ Labor. \u00d0or\u0111evi\u0107 ist Postdoktorand in Stupps Labor. Stupp ist Kuratoriums-Professor f\u00fcr Materialwissenschaft und -technik, Chemie, Medizin und Biomedizinische Technik an der Northwestern University, mit Berufungen an das Weinberg College, die McCormick School of Engineering und die Northwestern University Feinberg School of Medicine.<\/p>\n\n\n\n “Am CBES bem\u00fchen wir uns, grundlegende Herausforderungen anzugehen, indem wir uns von der Natur inspirieren lassen”, sagte Stupp, der Direktor des CBES. “Vitamin B12, einer der wenigen nat\u00fcrlich vorkommenden metallorganischen Cofaktoren, wurde in dieser Arbeit als Inspirationsquelle f\u00fcr die Entwicklung unseres Katalysators genutzt.”<\/p>\n\n\n\n Als Vorprodukt f\u00fcr 50-60 % aller Kunststoffe weltweit ist Ethylen ein begehrter Rohstoff. Um die st\u00e4ndig steigende Nachfrage nach der wertvollen Chemikalie zu befriedigen, stellt die Industrie j\u00e4hrlich mehr als 200 Millionen Tonnen Ethylen her.<\/p>\n\n\n\n Um Ethylen zu erzeugen, verwenden Chemiker das Steamcracking, ein industrielles Verfahren, bei dem Ethan mit hei\u00dfem Dampf in kleinere Molek\u00fcle aufgespalten wird, die dann zu Ethylen destilliert werden. Die dabei entstehende Chemikalie enth\u00e4lt jedoch eine geringe Menge Acetylen, eine Verunreinigung, die Katalysatoren deaktiviert und verhindert, dass Ethylen ordnungsgem\u00e4\u00df in Kunststoff umgewandelt wird. Bevor das Ethylen in Kunststoff umgewandelt werden kann, muss das Acetylen entfernt oder in Ethylen umgewandelt werden.<\/p>\n\n\n\n “Die Entfernung oder Umwandlung von Acetylen, um reines Ethylen zu erhalten, ist ein Prozess, der in der Industrie gut bekannt ist”, sagte Weiss. “Der Prozess hat viele Probleme, weshalb die Wissenschaft versucht hat, eine Alternative zu diesem Verfahren vorzuschlagen. Die Herstellung von Ethylen in Polymerqualit\u00e4t aus Kohlendioxid ist eine w\u00fcnschenswerte Alternative, aber dieser Weg ist noch nicht weit genug entwickelt. Unsere Strategie ist ein erster und wichtiger Schritt zur Herstellung dieses wichtigen chemischen Grundstoffs mit dem geringstm\u00f6glichen Energieaufwand.<\/p>\n\n\n\n Insbesondere wird eine unglaubliche Menge an Energie ben\u00f6tigt, um die hohen Temperaturen und Dr\u00fccke zu erreichen, die f\u00fcr eine erfolgreiche chemische Reaktion erforderlich sind. Au\u00dferdem werden teure Katalysatoren aus Edelmetallen wie Palladium ben\u00f6tigt. Und da der Prozess auf Protonen aus Wasserstoff beruht, der aus fossilen Brennstoffen gewonnen wird, entstehen gro\u00dfe Mengen an Kohlendioxid.<\/p>\n\n\n\n Mit der Strategie von Northwestern werden all diese Probleme umgangen. Um Acetylen in Ethylen umzuwandeln, ersetzten die Northwestern-Chemiker den Palladium-Katalysator durch Kobalt, eine weniger teure und h\u00e4ufiger vorkommende Alternative. Au\u00dferdem verwendeten sie Raumtemperatur und Umgebungsdruck. Anstelle von W\u00e4rme verwendeten sie sichtbares Licht. Und schlie\u00dflich ersetzten sie Wasserstoff durch einfaches Wasser als Protonenquelle.<\/p>\n\n\n\nOriginalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n