{"id":44098,"date":"2017-07-05T07:29:36","date_gmt":"2017-07-05T05:29:36","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=44098"},"modified":"2017-07-03T14:51:43","modified_gmt":"2017-07-03T12:51:43","slug":"tu-muenchen-biosprit-aus-abfaellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/tu-muenchen-biosprit-aus-abfaellen\/","title":{"rendered":"TU M\u00fcnchen: Biosprit aus Abf\u00e4llen"},"content":{"rendered":"
\"Bildschirmfoto
Mitarbeiter von Prof. Lerchers Team im Labor des Katalyseforschungszentrums. Dr. Yue Liu, Teresa Schachtl und Daniel Melzer (vlnr; Bild: Andreas Heddergott \/ TUM) – Zoom –<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Sprit aus Abfall? Ist machbar. Doch Biom\u00fcll in Treibstoffe umzuwandeln, ist bisher kaum konkurrenzf\u00e4hig. Zu hohe Temperaturen und zu viel Energie sind n\u00f6tig. Mit einem neuen Katalysatorkonzept ist es Forscherinnen und Forschern der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen (TUM) jetzt gelungen, Temperatur und Energiebedarf eines wichtigen Schrittes im chemischen Prozess entscheidend zu senken. Der Trick: Die Reaktion findet auf engstem Raum, im Inneren von Zeolith-Kristallen statt.<\/strong><\/p>\n

Immer mehr Strom wird dezentral erzeugt \u2013 durch Windr\u00e4der, Wasserkraft und Solaranlagen. \u201eDa liegt es nahe, auch die Chemieproduktion zu dezentralisieren\u201c, meint Prof. Johannes Lercher<\/a>, der an der TU M\u00fcnchen den Lehrstuhl f\u00fcr Technische Chemie II leitet. \u201eTheoretisch k\u00f6nnte jede Gemeinde ihren eigenen Sprit oder ihren eigenen D\u00fcnger herstellen.\u201c<\/p>\n

Bisher ist dies nicht m\u00f6glich, weil chemische Prozesse viel Energie ben\u00f6tigen \u2013 mehr als die regenerativen Energiequellen vor Ort liefern. \u201eWir haben uns daher das Ziel gesetzt, durch neue Prozesse die Voraussetzungen f\u00fcr eine dezentrale chemische Produktion zu schaffen, die durch alternative Energiequellen gespeist werden kann\u201c, erkl\u00e4rt der Chemiker, der in Personalunion Direktor des amerikanischen Institute for Integrated Catalysis an Pacific Northwest National Laboratory ist.<\/p>\n

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Modell des Zeolith-Katalysators. (Bild: Andreas Heddergott \/ TUM) – Zoom –<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

Eine Grundlage f\u00fcr die Wende in der chemischen Produktion hat sein Team jetzt geschaffen: Im Labor konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass sich mit Hilfe von Zeolith-Kristallen in w\u00e4ssriger L\u00f6sung die zur Spaltung von Kohlenstoff-Sauerstoff Bindungen notwendige Temperatur drastisch senken l\u00e4sst. Zeolith-Katalysatoren beschleunigen den Prozess dar\u00fcber hinaus erheblich.<\/p>\n

Die Natur als Vorbild<\/h3>\n

Bei der Entwicklung des neuen Verfahrens stand die Natur Pate: In biologischen Systemen sorgen Enzyme, an deren Oberfl\u00e4chen sich kleine Taschen befinden, daf\u00fcr, dass chemische Prozesse schneller ablaufen.<\/p>\n

\u201eWir haben uns \u00fcberlegt, wie wir diese biologischen Funktionen auf die organische Chemie \u00fcbertragen k\u00f6nnen\u201c, erl\u00e4utert Lercher. \u201eAuf der Suche nach geeigneten Katalysatoren, die die Reaktion beschleunigen, sind wir auf die Zeolithe gesto\u00dfen: Kristalle mit kleinen Hohlr\u00e4umen, in denen Reaktionen unter \u00e4hnlich beengten Verh\u00e4ltnissen ablaufen wie in den Taschen der Enzyme.\u201c<\/p>\n

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Modell des Zeolith-Katalysators. (Bild: Andreas Heddergott \/ TUM) – Zoom –<\/a><\/figcaption><\/figure>\n

S\u00e4ure in die Enge getrieben<\/h3>\n

Doch steigert die Enge tats\u00e4chlich die Reaktivit\u00e4t? Um diese Frage zu beantworten, verglich Lerchers Team im Labor die Reaktion von Kohlenstoffverbindungen mit S\u00e4uren im Becherglas mit der in Zeolithen. Ergebnis: In den engen Hohlr\u00e4umen der Kristalle, wo reagierende Molek\u00fcle, beispielsweise Alkohole, auf Hydronium-Ionen der S\u00e4uren treffen, laufen Reaktionen bis zu hundert Mal schneller und bereits knapp \u00fcber 100\u00b0C mit hohen Raten ab.<\/p>\n

\u201eUnsere Experimente zeigen, dass die Zeolithe als Katalysatoren eine Wirkung entfalten, die vergleichbar ist mit der von Enzymen: Beide senken das Energieniveau, das f\u00fcr die Reaktionen notwendig ist ganz erheblich\u201c, berichtet Lercher. \u201eDie katalytische Wirkung wird dabei st\u00e4rker, je kleiner die Hohlr\u00e4ume sind, in denen die Reaktionen stattfinden. Die besten Ergebnisse haben wir bei Durchmessern von weit unter einem Nanometer erzielt.\u201c<\/p>\n

Gecko, Wachs und Zeolithe<\/h3>\n

Doch warum macht Enge die Molek\u00fcle reaktionsfreudiger? \u201eDie Kraft, die den Reaktionspfad verbessert, ist dieselbe, die daf\u00fcr sorgt, dass Wachs an der Tischplatte klebt und Geckos an der Decke laufen k\u00f6nnen\u201c, antwortet Lercher. \u201eJe mehr Kontaktpunkte es zwischen zwei Oberfl\u00e4chen gibt, desto gr\u00f6\u00dfer die Adh\u00e4sion. In unserm Experiment werden die organischen Molek\u00fcle, die sich in w\u00e4ssriger L\u00f6sung befinden, von den Poren der Zeolithe regelrecht angezogen.\u201c<\/p>\n

Im Inneren der Hohlr\u00e4ume haben die Hydronium-Ionen daher eine erheblich h\u00f6here Wahrscheinlichkeit auf einen Reaktionspartner zu treffen als au\u00dferhalb. Das Ergebnis ist eine sauer katalysierte chemische Reaktion, die schneller und mit weniger Energiezufuhr abl\u00e4uft.<\/p>\n

Aus M\u00fcll wird Sprit<\/h3>\n

Durch den Kontakt mit den Hydronium-Ionen verlieren die organischen Molek\u00fcle Sauerstoff. Das Verfahren eignet sich daher gut, um Bio-\u00d6l, das aus organischen Abf\u00e4llen gewonnen wird, in Treibstoff umzuwandeln.<\/p>\n

Bis das neue Verfahren in der Praxis eingesetzt werden kann, wird freilich noch einige Zeit vergehen. \u201eNoch arbeiten wir an den Grundlagen\u201c, betont Lercher. \u201eMit denen wollen wir die Voraussetzung schaffen f\u00fcr eine neue, dezentrale Chemie, die keine gro\u00dftechnischen Anlagen mehr ben\u00f6tigt.\u201c<\/p>\n

Die Arbeiten entstanden in einer Kooperation des Lehrstuhls f\u00fcr Technische II mit dem Zentralinstitut f\u00fcr Katalyseforschung der TU M\u00fcnchen und dem Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Sie wurden gef\u00f6rdert mit Mitteln des U.S. Department of Energy (DOE). Ein Teil der NMR-Experimente wurde am Environmental Molecular Science Laboratory (EMSL) des PNNL durchgef\u00fchrt, dessen National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) auch Rechenzeit f\u00fcr Simulationen zur Verf\u00fcgung stellte.<\/p>\n

 <\/p>\n

Publikationen:<\/em><\/h3>\n

Enhancing the catalytic activity of hydronium ions through constrained environments<\/em>
\n Y. Liu, A. Vjunov, H. Shi, S. Eckstein, D. M. Camaioni, D. Mei, E. Barath, J. A. Lercher<\/em>
\n Nat. Comm., 8, 14113 (2017) \u2013 DOI: 10.1038\/ncomms14113<\/a><\/em><\/p>\n

Tailoring nanoscopic confines to maximize catalytic activity of hydronium ions<\/em>
\n H. Shi, S. Eckstein, A. Vjunov, D.M. Camaioni, J.A. Lercher<\/em>
\n Nat. Comm., 8, 14113 (2017) \u2013 DOI: 10.1038\/ncomms15442<\/a><\/em><\/p>\n

 <\/p>\n

Kontakt<\/h3>\n

Prof. Dr. Johannes Lercher
\nTechnische Universit\u00e4t M\u00fcnchen
\nLehrstuhl f\u00fcr Technische Chemie II
\nTel.: +49 89 289 13540
\nE-Mail: Johannes.Lercher@ch.tum.de<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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