{"id":29616,"date":"2015-10-27T07:40:32","date_gmt":"2015-10-27T06:40:32","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fressourceneffiziente-katalysatoren-aus-bakterieller-nanocellulose.html"},"modified":"2015-10-23T09:59:34","modified_gmt":"2015-10-23T07:59:34","slug":"ressourceneffiziente-katalysatoren-aus-bakterieller-nanocellulose","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/ressourceneffiziente-katalysatoren-aus-bakterieller-nanocellulose\/","title":{"rendered":"Ressourceneffiziente Katalysatoren aus bakterieller Nanocellulose"},"content":{"rendered":"

Augsburg\/DV\/KPP – Wissenschaftler des Lehrstuhls f\u00fcr Festk\u00f6rperchemie der Universit\u00e4t Augsburg berichten im britischen Journal of Materials Chemistry erstmals von einem energie- und ressourceneffizienten Verfahren zur Abscheidung edelmetallhaltiger Nanopartikel auf einem filzartigen Tr\u00e4ger aus carbonisierter bakterieller Nanocellulose. Der so gewonnene Katalysator unterst\u00fctzt die Methanbildung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas unter milden Reaktionsbedingungen.<\/strong><\/p>\n

\"Biotechnologisch
Biotechnologisch hergestellte bakterielle Nanocellulose. Innenbild: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme mit deutlich erkennbaren l\u00e4nglichen bakteriellen Zellen, aus denen schmale Nanofasern aus chemisch reinster Cellulose herauswachsen. \u00a9 D. Volkmer<\/figcaption><\/figure>\n

Hochreine Cellulosefasern mit Durchmessern im Bereich von wenigen 10 Nanometern werden von verschiedenen fermentierenden Bakterienst\u00e4mmen aus Rohr- oder Fruchtzucker produziert. Diese nat\u00fcrlich vorkommenden Bakterien bilden auf ihrer Zelloberfl\u00e4che Mikrofibrillen aus Cellulose, die die L\u00e4nge ihres Zellk\u00f6rpers um ein Vielfaches \u00fcbersteigen und miteinander zu einem dreidimensionalen Geflecht verfilzen (Abb.1). In indonesischen L\u00e4ndern wird ein derartiger Fermentierungsprozess seit langer Zeit zur Herstellung der popul\u00e4ren S\u00fc\u00dfspeise \u201eNata de coco\u201c verwendet, eines gelatineartigen aromatisierten Nahrungs- und Genussmittels. Alternativ l\u00e4sst sich hochreine mikrokristalline Cellulose auch aus Pflanzen gewinnen, allerdings ist diese Form der Erzeugung an energie- und kostenintensive Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte gebunden.<\/p>\n

Ein Wissenschaftlerteam am Augsburger Lehrstuhl f\u00fcr Festk\u00f6rperchemie (Prof. Dr. Dirk Volkmer) ist in einer j\u00fcngsten Studie nun der Frage nachgegangen, ob sich Filze aus bakterieller Nanocellulose prinzipiell auch als Tr\u00e4ger f\u00fcr Edelmetallkatalysatoren eignen. \u00dcber die Ergebnisse berichtet das Team jetzt in der renommierten englischen Fachzeitschrift Journal of Materials Chemistry A.<\/p>\n

Die Wissenschaftler untersuchten zun\u00e4chst, ob sich Filze aus bakterieller Nanocellulose bei hohen Temperaturen \u2013 unter Erhalt des nat\u00fcrlichen 3D-Geflechts \u2013 in einen Tr\u00e4ger aus nanostrukturiertem Kohlenstoff umwandeln lassen. Der Graphit-Nanofilz, den sie bei 800 \u00b0C erhielten, ist hochpor\u00f6s: Ein Gramm des Materials hat eine innere Oberfl\u00e4che von ca. 600 Quadratmetern. Dies entspricht etwa der Fl\u00e4che von drei Tennispl\u00e4tzen \u2013 gefaltet auf die Gr\u00f6\u00dfe einer Erbse!<\/p>\n

Solche hochpor\u00f6sen, in ihrer Form stabilen Filze eignen sich hervorragend als Tr\u00e4ger f\u00fcr katalytisch aktive Nanopartikeln. Die Augsburger Forscher setzten hier auf das Element Ruthenium, da dieser \u201eschwere Verwandte\u201c von Eisen in verschiedensten technischen Prozessen eine hohe katalytische Aktivit\u00e4t aufweist.<\/p>\n

\u201eDer eigentliche Clou ist die Abscheidung der Ruthenium-Nanopartikeln auf dem Cellulosefilz im Eintopfverfahren\u201c berichtet der Chemie-Ingenieur Andreas Kalytta-Mewes. \u201eIm Verlauf der Untersuchungen haben wir n\u00e4mlich herausgefunden, dass der bakterielle Filz lediglich mit einer L\u00f6sung getr\u00e4nkt werden muss, die einen einfachen Rutheniumkomplex enth\u00e4lt. Der Rest erledigt sich dann \u2013 fast\u00a0 \u2013 von selbst, sprich: durch kurzzeitiges Erhitzen des Filzes auf 1250 \u00b0C erh\u00e4lt man ein Carbonfaser-Netzwerk, das die Katalysator-Nanoteilchen in fein verteilter Form enth\u00e4lt.\u201c<\/p>\n

Diese Verteilung, der Dispersionsgrad der Edelmetallpartikeln auf dem Tr\u00e4ger also, ist ein entscheidender Faktor f\u00fcr deren katalytische Aktivit\u00e4t. Hochaktive Katalysatoren ben\u00f6tigen in der Regel extrem kleine Nanopartikeln, die nur aus wenigen 10 bis 100 Metallatomen bestehen und die unter technischen Reaktionsbedingungen nicht miteinander sintern, weil sie dadurch ihre Aktivit\u00e4t einb\u00fc\u00dfen w\u00fcrden.<\/p>\n

Bei ersten Tests gelang mit den im Eintopfverfahren erzeugten Katalysatoren eine direkte Umwandlung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Methangas unter sehr milden Reaktionsbedingungen, unter Normaldruck n\u00e4mlich und bei einem Einsetzen der Reaktion ab 135\u00a0\u00b0C.<\/p>\n

Eine m\u00f6gliche gro\u00dftechnische Anwendung w\u00e4re z. B. die \u00dcberf\u00fchrung von (solar produziertem) leichtfl\u00fcchtigem Wasserstoff, dessen Lagerung und Speicherung einen hohen technischen Aufwand erfordert, in Erdgas. \u201eUm diesen Schritt sinnvoll gehen zu k\u00f6nnen, m\u00fcssten allerdings Katalysatoren entwickelt werden, die anstelle von Kohlenmonoxid das Treibhausgas Kohlendioxid verwenden. Mit solchen Katalysatoren lie\u00dfe sich dann freilich eine nachhaltige Prozesskette schlie\u00dfen, die mit einem biotechnologisch produzierten Tr\u00e4germaterial beginnt und in der Produktion eines Energietr\u00e4gers aus leicht verf\u00fcgbaren bzw. umweltvertr\u00e4glich und ressourceneffizient hergestellten Zwischenstoffen wie Kohlendioxid oder Solarwasserstoff einen konsequenten Abschluss f\u00e4nde\u201c, erl\u00e4utert Volkmer. Mit seinem Festk\u00f6rperchemie-Lehrstuhl ist er Mitglied sowohl im Institut f\u00fcr Physik als auch im Institut f\u00fcr Materials Resource Management (MRM) der Universit\u00e4t Augsburg. An beiden Instituten ist die Entwicklung nachhaltiger Prozess- und Stoffketten ein wichtiger Themenschwerpunkt.<\/p>\n

Bakteriell produzierte Nanocellulose, mit der Volkmer und sein Team arbeiten, sind f\u00fcr materialtechnologische Anwendungen derzeit weder in gr\u00f6\u00dferen Mengen noch zu vertretbaren Kosten verf\u00fcgbar. Deshalb werden derzeit am Anwenderzentrum f\u00fcr Material- und Umweltforschung (AMU) der Universit\u00e4t Augsburg eigene biotechnologische Produktionskapazit\u00e4ten aufgebaut, ein Biotechnologielabor wurde speziell hierf\u00fcr bereits eingerichtet.<\/p>\n

Erste Ergebnisse bei der Produktion bakterieller Nanozellulose, die durch Umwandlung einfachen Haushaltszuckers (Saccharose) erfolgt, zeigen, dass durch optimierte Zellkulturverfahren und Variation der N\u00e4hrmedien ein starker Einfluss auf die Fasermorphologie ausge\u00fcbt werden kann. \u201eDas ist eine wichtige Voraussetzung, um Cellulosefilze f\u00fcr verschiedenste Anwendungen ma\u00dfschneidern zu k\u00f6nnen\u201c erl\u00e4utert Volkmer und ist zuversichtlich, dass die bakterielle Nanocellulose sich hervorragend in die in Augsburg vorhandene Expertise auf dem Gebiet der funktionalen Carbonmaterialien (Carboterials\u00ae<\/sup>) einf\u00fcgen wird.<\/p>\n

Publikation:<\/h3>\n

Andreas Kalytta-Mewes, Sebastian Spirkl, Sebastian Tr\u00e4nkle, Manuel Hambach und Dirk Volkmer: Carbon supported Ru clusters prepared by pyrolysis of Ru precursor-impregnated biopolymer fibers, J. Mater. Chem. A, 2015, Advance Article, DOI: 10.1039\/C5TA04253D<\/p>\n

http:\/\/pubs.rsc.org\/en\/Content\/ArticleLanding\/2015\/TA\/c5ta04253d#!divAbstract#!divAbstract<\/a><\/p>\n

Ansprechpartner:<\/h3>\n

Prof. Dr. Dirk Volkmer
\nLehrstuhl f\u00fcr Festk\u00f6rper- und Materialchemie
\nInstitut f\u00fcr Physik
\nUniversit\u00e4t Augsburg
\nD-86135 Augsburg
\nTelefon: +49(0)821-598-3032
\ndirk.volkmer@physik.uni-augsburg.de
\nwww.physik.uni-augsburg.de\/chemie<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Augsburg\/DV\/KPP – Wissenschaftler des Lehrstuhls f\u00fcr Festk\u00f6rperchemie der Universit\u00e4t Augsburg berichten im britischen Journal of Materials Chemistry erstmals von einem energie- und ressourceneffizienten Verfahren zur Abscheidung edelmetallhaltiger Nanopartikel auf einem filzartigen Tr\u00e4ger aus carbonisierter bakterieller Nanocellulose. Der so gewonnene Katalysator unterst\u00fctzt die Methanbildung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoffgas unter milden Reaktionsbedingungen. Hochreine Cellulosefasern mit Durchmessern im […]<\/p>\n","protected":false},"author":3,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572],"tags":[],"supplier":[9314,11109],"class_list":["post-29616","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","supplier-journal-of-materials-chemistry","supplier-universitaet-augsburg"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/29616","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/3"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=29616"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/29616\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=29616"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=29616"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=29616"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=29616"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}