Die Rohstoffquelle Holz k\u00f6nnte sich k\u00fcnftig leichter anzapfen lassen. Chemiker des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Kohlenforschung in M\u00fclheim an der Ruhr haben einen effizienten Weg gefunden, die Bestandteile des Biopolymers Lignin einfacher nutzbar zu machen. Lignin stabilisiert Pflanzenzellen und enth\u00e4lt organische Verbindungen, die f\u00fcr die chemische Industrie etwa zur Herstellung von Biotreibstoffen wertvoll, aber schwer zug\u00e4nglich sind. Die M\u00fclheimer Chemiker k\u00f6nnen die Bausteine nun chemisch so umwandeln, dass sie besser verf\u00fcgbar werden.<\/b><\/p>\n
Dass die fossilen Rohstoffe endlich sind, merkt man schon beim Tanken oder beim Kauf von Heiz\u00f6l: die Brennstoffpreise steigen stetig. Forscher des Max-Planck-Instituts f\u00fcr Kohlenforschung in M\u00fclheim an der Ruhr suchen daher nach nachhaltigen und klimaneutralen Alternativen zu den fossilen Rohstoffen \u2013 nicht nur f\u00fcr den Sprit von morgen, sondern auch als Ausgangssubstanzen in der chemischen Industrie. Eine Quelle daf\u00fcr k\u00f6nnte Lignin sein. Lignin ist ein Biopolymer, das B\u00e4ume und Str\u00e4ucher in ihre Zellw\u00e4nde einlagern. Es durchdringt die Cellulosefasern von Holzzellen und macht sie fest \u2013 eben holzig. Die vielfach vernetzten Kettenmolek\u00fcle bilden 20 bis 30 Prozent der Trockenmasse holziger Pflanzen, ihre Bausteine k\u00f6nnten f\u00fcr die chemische Industrie n\u00fctzlich sein, etwa zur Veredelung von Biokraftstoffen oder als Ausgangsmaterialien f\u00fcr Kunststoffe.<\/p>\n
“Man kennt das Potential von Lignin schon sehr lange”, erkl\u00e4rt Roberto Rinaldi, Max-Planck-Forschungsgruppenleiter am M\u00fclheimer Institut. Bisher lie\u00df sich der Schatz im Holz jedoch nicht heben \u2013 zumindest nicht mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand. Zwar k\u00f6nnen Chemiker die stark vernetzten Kettenmolek\u00fcle des Lignins mit einer S\u00e4ure bei hoher Temperatur in kleinere Einheiten zerlegen. Dabei entsteht aber ein wildes Gemisch zahlloser sauerstoffhaltiger Verbindungen, die sich nur schwer trennen lassen. Die Arbeitsgruppe um den brasilianischen Forscher Rinaldi schafft da jetzt Abhilfe. Denn die Chemiker haben einen relativ einfachen Weg gefunden, Lignin zu spalten und gleichzeitig den Sauerstoff weitgehend aus diesen Verbindungen zu entfernen. So bleiben haupts\u00e4chlich Kohlenwasserstoffe, vor allem sogenannte Arene, also aromatische Verbindungen zur\u00fcck, die sich leichter sortieren lassen.<\/p>\n
Drei Reaktionen lassen sich kombinieren, weil zwei Katalysatoren zusammenspielen<\/b>
Der chemische Mix des gespaltenen Lignins besteht aus sogenannten Phenolen und anderen sauerstoffhaltigen aromatischen Verbindungen. Den Schl\u00fcssel zum chemischen Schatz im Holz fanden die Forscher, als sie in einem Topf gleichzeitig drei Reaktionen ablaufen lie\u00dfen, die f\u00fcr die Umwandlung der Ligninbausteine in sauerstofffreie Arene n\u00f6tig sind. In den miteinander gekoppelten Reaktionen entzieht ein einfacher Alkohol den Phenolen \u00fcber verschiedene Zwischenschritte Sauerstoff. Dabei wird ein Teil der Ausgangsstoffe vor\u00fcbergehend hydriert, also mit Wasserstoff versehen.<\/p>\n
“Wir k\u00f6nnen die Reaktionen kombinieren, weil wir zwei Katalysatoren zusammenspielen lassen”, erkl\u00e4rt Roberto Rinaldi. Katalysatoren sind chemische Werkzeuge, die Reaktionen in Gang setzen oder beschleunigen, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Bei den Katalysatoren, die Rinaldi verwendet, handelt es sich nicht mal um besondere Exemplare: zum einen Raney-Nickel, ein Pulver, das vor allem por\u00f6ses Nickel enth\u00e4lt und Wasserstoff an organische Molek\u00fcle vermittelt; zum anderen Zeolithe, por\u00f6se aluminiumhaltige Silikate, die einem Zwischenprodukt des chemischen Dreisprungs Wasser entziehen. “Das sind keine neuartigen Katalysatoren”, sagt Rinaldi. “Wir gehen nur auf neue Weise an das Problem heran, Lignin nutzbar zu machen.”<\/p>\n
Der kombinierte Prozess braucht weniger Energie<\/b>
Bisher sind hohe Temperaturen bis 500 Grad Celsius und Dr\u00fccke bis zu 200 bar, dem 200-fachen des Atmosph\u00e4rendrucks, n\u00f6tig, um die Bruchst\u00fccke des Lignins aufzubereiten. Dagegen l\u00e4uft der kombinierte Prozess der M\u00fclheimer Forscher unter relativ milden Bedingungen ab, n\u00e4mlich bei etwa 150 Grad und bei Druck von unter 40 bar, und braucht daher weniger Energie. “Apparaturen f\u00fcr die Reaktionen sollten nicht kompliziert zu bauen sein”, sch\u00e4tzt Rinaldi.<\/p>\n
Und selbst wenn die Ausbeuten der einzelnen Substanzen aus dem Lignin f\u00fcr die Industrie zu gering ist, eignen sich die Produkte doch zumindest, um synthetische Kraftstoffe zu veredeln. Denn sie sind sehr energiereich und m\u00fcssen f\u00fcr Treibstoffe nicht sortenrein vorliegen. “Den Kraftstoffen, die nach dem Fischer-Tropsch-Prozess hergestellt werden, fehlen solche Kohlenwasserstoffe, die aber f\u00fcr die Luftfahrt und f\u00fcr Otto-Motoren ben\u00f6tigt werden.<\/p>\n
Da Roberto Rinaldi und seine Kollegen davon \u00fcberzeugt sind, dass ihre Entdeckung praktische Bedeutung findet, haben sie ihr Verfahren patentieren lassen. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift “Angewandte Chemie” als “Hot Paper” ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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