{"id":26852,"date":"2015-07-03T02:00:53","date_gmt":"2015-07-03T00:00:53","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=26852"},"modified":"2021-09-09T21:44:57","modified_gmt":"2021-09-09T19:44:57","slug":"bio-mimetischer-katalysator-ebnet-den-weg-zu-gas-to-liquid-technologien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bio-mimetischer-katalysator-ebnet-den-weg-zu-gas-to-liquid-technologien\/","title":{"rendered":"Bio-mimetischer Katalysator ebnet den Weg zu ‘Gas-to-Liquid’-Technologien"},"content":{"rendered":"
\"Das
Das eingebaute Kupfer verleiht dem Zeolith eine bl\u00e4uliche Farbe – Foto: Andreas Battenberg \/ TUM<\/figcaption><\/figure>\n

Ein neuer, Enzymen nachempfundener Zeolith-Katalysator k\u00f6nnte die Umwandlung von Erdgas zu Kraft- und Ausgangsstoffen f\u00fcr die chemische Industrie wesentlich erleichtern. Entwickelt wurde er von einem internationalen Team mit Forschern der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM), der Technischen Universit\u00e4t Eindhoven und der Universit\u00e4t Amsterdam. Bei der eingehenden Untersuchung des Mechanismus der selektiven Oxidation von Methan zu Methanol identifizierten sie einen dreikernigen Kupfer-Oxo-Cluster als\u00a0 aktives Zentrum in den Mikroporen des Zeoliths.<\/strong><\/p>\n

In einer Zeit schwindender Mineral\u00f6l-Reserven r\u00fcckt Erdgas als Ressource in den Fokus. Doch das Gas ist schwieriger zu transportieren und nicht leicht in die bestehende industrielle Infrastruktur zu integrieren.<\/p>\n

Eine der L\u00f6sungen daf\u00fcr sind ‘Gas-to-Liquid’-Technologien. Diese wandeln Methan, den Hauptbestandteil von Erdgas, zu sogenanntem Synthesegas um. Aus diesem werden anschlie\u00dfend Methanol und Kohlenwasserstoffe hergestellt, die an chemischen Anlagen oder Kraftstoffunternehmen in der ganzen Welt ausgeliefert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Dieser Ansatz ist jedoch bisher nur in sehr gro\u00dfen Anlagen effizient durchf\u00fchrbar. F\u00fcr die wirtschaftliche Verarbeitung von Methan aus kleineren Quellen an entfernten Standorten steht trotz vieler Forschungsanstrengungen derzeit keine ‘Gas-to-Liquid’-Chemie zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n

Von allen konzeptionell vielversprechenden Verfahren zur direkten Umwandlung von Methan in kleinerem Ma\u00dfstab scheint die partielle Oxidation zu Methanol die praktikabelste zu sein. Aufgrund der niedrigeren Betriebstemperaturen ist das Verfahren sicher und energieeffizienter als andere.<\/p>\n

Bio-inspirierter Katalysator<\/h3>\n

Ein Forscherteam um Professor Johannes Lercher (Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen und Pacific Northwest National Laboratory), Maricruz Sanchez-Sanchez (Technische Universit\u00e4t M\u00fcnchen), Professorin Moniek Tromp (Universit\u00e4t Amsterdam), Evgeny Pidko und Emiel Hensen (Technische Universit\u00e4t Eindhoven) konzentriert sich derzeit auf ein Verfahren zur partiellen Oxidation von Methan, das die enzymatische Umwandlung in einem Protein nachahmt.<\/p>\n

Im Fokus des Teams steht ein modifizierter Zeolith. Nach einem in der Arbeitsgruppe von Johannes Lercher entwickelten Verfahren werden in diesem extrem por\u00f6sen Material Kupferatome eingebaut. Diese kupferhaltigen Zeolithe mit Mordenitstruktur imitieren die Reaktivit\u00e4t des Enzyms Methan-Monooxygenase (MMO), das Methan effizient und selektiv zu Methanol oxidiert.<\/p>\n

In ihrer aktuellen Ver\u00f6ffentlichung in Nature Communications geben die Forscher einen detaillierten molekularen Einblick in die Art und Weise, wie der Zeolith das aktive Zentrum des Enzyms imitiert.<\/p>\n

Hoch selektiv<\/h3>\n
\"Das
Das Zeolith-Ger\u00fcst mit dem eingebauten Cu3O3-Cluster als aktivem Zentrum (Cu: t\u00fcrkis; O: rot) – Bild: Guanna Li and Evgeny Pidko \/ TUe<\/figcaption><\/figure>\n

Durch die Kombination kinetischer Untersuchungen in M\u00fcnchen, moderner spektroskopischer Analysen in Amsterdam und theoretischer Modellierungen in Eindhoven konnten die Forscher zeigen, dass die Mikroporen des Zeoliths eine perfekte begrenzte Umgebung f\u00fcr die hochselektive Stabilisierung eines kupferhaltigen Trimer-Zwischenprodukts ist. Sie identifizierten dreikernige Kupfer-Oxo-Cluster, die die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen in Methan lockern und damit dessen Umwandlung in Methanol f\u00f6rdern.<\/p>\n

\u201eDer entwickelte Zeolith ist eines der wenigen Beispiele eines Katalysators mit klar definierten aktiven Zentren, die gleichm\u00e4\u00dfig im Zeolith-Ger\u00fcst verteilt sind\u201c, sagt Professor Johannes Lercher. \u201eDies erm\u00f6glicht eine wesentlich h\u00f6here Effizienz bei der Umwandlung von Methan in Methanol, als es bisher mit Zeolith-Katalysatoren m\u00f6glich war.\u201c<\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus zeigt die Forschungsarbeit die eindeutige Verkn\u00fcpfung der Struktur der aktiven Zentren mit ihrer katalytischen Aktivit\u00e4t. Dies macht den Zeolith zu einem \u201emehr als vielversprechenden\u201c Material, um das Ziel einer mit enzymatischen Systemen vergleichbaren katalytischen Aktivit\u00e4t und Selektivit\u00e4t zu erreichen.<\/p>\n

Die Forschung wurde gef\u00f6rdert durch das US Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences und das EU-NEXT-GTL Projekt (Innovative Catalytic Technologies & Materials for Next Gas to Liquid Processes). Die XAS-Messungen wurden mit der Unterst\u00fctzung der Diamond Light Source (Oxfordshire, UK) durchgef\u00fchrt. Die niederl\u00e4ndische Organisation f\u00fcr wissenschaftliche Forschung (NWO) und SURFsara (NL) stellten Supercomputer-Rechenzeit zur Verf\u00fcgung. Prof. Johannes Lercher ist Mitglied des Zentralinstituts f\u00fcr Katalyseforschung der TU M\u00fcnchen.<\/p>\n

Publikation:<\/h3>\n

Single-site trinuclear copper oxygen clusters in mordenite for selective conversion of methane to methanol
\nSebastian Grundner, Monica A .C. Markovits, Guanna Li, Moniek Tromp, Evgeny A. Pidko,
\nEmiel J. M. Hensen, Andreas Jentys, Maricruz Sanchez-Sanchez, Johannes A. Lercher
\nNature communications, 6, 7546 \u2013 DOI: 10.1038\/ncomms8546<\/a><\/p>\n

Kontakt:<\/h3>\n

Prof. Dr. Johannes Lercher
\nTechnische Universit\u00e4t M\u00fcnchen
\nLehrstuhl f\u00fcr Technische Chemie II
\nLichtenbergstr. 4\u00a0 85747 Garching, Germany
\nTelefon: +49 89 289 13540<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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