{"id":61577,"date":"2019-03-22T06:41:06","date_gmt":"2019-03-22T05:41:06","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Fnews%2F1160080%2Fmit-mechanischer-kraft-biomasse-umwandeln.html%3FWT.mc_id%3Dca0065%26pk_campaign%3Dca0065"},"modified":"2019-03-29T14:21:50","modified_gmt":"2019-03-29T13:21:50","slug":"mit-mechanischer-kraft-biomasse-umwandeln","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mit-mechanischer-kraft-biomasse-umwandeln\/","title":{"rendered":"Mit mechanischer Kraft Biomasse umwandeln"},"content":{"rendered":"<p><strong>Eine der gr\u00f6\u00dften globalen Herausforderungen ist es derzeit, erneuerbare Quellen effizient einzusetzen, um in Zukunft den steigenden Bedarf an Energie und Chemikalien abzudecken. Biomasse ist dabei eine vielversprechende Alternative zu den bisherigen fossilen Quellen wie Kohle oder Erd\u00f6l. Den gr\u00f6\u00dften Anteil an Biomasse als nat\u00fcrlichem Speicher f\u00fcr Kohlenstoffverbindungen, die f\u00fcr die Herstellung von Kraftstoffen und Grundchemikalien entscheidend sind, hat die Cellulose. Um ihr gesamtes Potenzial zu entfalten, muss die kettenf\u00f6rmige Struktur der Cellulose aufgebrochen werden.<\/strong><\/p>\n<p>Das kann durch eine sogenannte Hydrolyse-Reaktion erfolgen, die allerdings aufgrund der atomaren Struktur der Cellulose nur schwer m\u00f6glich ist. Wissenschaftlern der Westf\u00e4lischen Wilhelms-Universit\u00e4t M\u00fcnster (WWU) um Dr. Saeed Amirjalayer und Prof. Dr. Harald Fuchs und der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum um Prof. Dr. Dominik Marx ist es nun gelungen, einen neuen Reaktionsmechanismus aufzuzeigen, mit dem Cellulose durch den Einsatz von mechanischer Kraft effizient umgewandelt werden kann. Diese sogenannte mechano-katalytische Reaktion k\u00f6nnte dazu f\u00fchren, ein umweltfreundliches und kosteng\u00fcnstiges Verfahren f\u00fcr die Umwandlung von Biomasse zu etablieren. Die Studie, die die Deutsche Forschungsgemeinschaft und der Exzellenzcluster RESOLV der Ruhr-Universit\u00e4t Bochum unterst\u00fctzt haben, ist in der Fachzeitschrift \u201eAngewandte Chemie\u201c erschienen.<\/p>\n<h3>Hintergrund und Methode:<\/h3>\n<p>Bei der Hydrolyse-Reaktion, durch die Cellulose aufgespalten werden kann, bleiben einzelne molekulare Bausteine erhalten. Diese molekularen Bausteine bilden die eigentliche Basis, um Treibstoffe oder chemische Grundstoffe herzustellen. Auf der Suche nach M\u00f6glichkeiten, um die Hydrolyse-Reaktion effizienter zu machen, fanden Forscher bereits in fr\u00fcheren Studien experimentelle Hinweise darauf, dass mechanische Kr\u00e4fte den Prozess der Umwandlung beeinflussen k\u00f6nnen.<\/p>\n<p>Bisher war es noch nicht gelungen, auf atomarer Ebene zu zeigen, wie genau dieser Einfluss w\u00e4hrend der einzelnen Reaktionsschritte aussieht. Allerdings ist es nur so m\u00f6glich, noch effizientere und ressourcenschonendere Prozesse dieser Art zu entwickeln als bisher. In der nun ver\u00f6ffentlichen Arbeit zeigen die Wissenschaftler, dass der Einsatz von mechanischer Kraft auf die Cellulosemolek\u00fcle oberhalb einer Grenze einen signifikanten Einfluss auf die Reaktion hat.<\/p>\n<p>Die Nanowissenschaftler f\u00fchrten dazu sogenannte atomistische Rechnungen durch. Diese erm\u00f6glichten es ihnen, die einzelnen Schritte der Hydrolyse-Reaktion im Detail zu verfolgen und gleichzeitig eine Zugkraft auf die Molek\u00fclstruktur auszu\u00fcben. Die Wissenschaftler erstellten sogenannte Energieprofile, die jeweils den Energieverlauf entlang des Reaktionswegs mit und ohne den Einfluss der mechanischen Kr\u00e4fte darstellten. Es zeigte sich: \u00dcbten die Forscher mechanische Kraft auf das molekulare Ger\u00fcst der Cellulose aus, ver\u00e4nderte das stark die Hydrolyse-Reaktion. Zum einen war die ben\u00f6tigte Energie um ein Vielfaches geringer. Zum anderen machte eine erh\u00f6hte Zugkraft zwei von urspr\u00fcnglich drei Reaktionsschritten sogar \u00fcberfl\u00fcssig. \u201eMithilfe unserer atomistischen Rechnungen konnten wir explizit den Einfluss einer mechanischen Zugkraft auf den Reaktionsmechanismus untersuchen\u201c, erl\u00e4utert Erstautor Dr. Saeed Amirjalayer, Gruppenleiter am Physikalischen Institut. \u201eDies erm\u00f6glichte es uns, einen bisher unbekannten und vor allem hocheffizienten Reaktionsweg f\u00fcr die Umwandlung von Cellulose aufzuzeigen.\u201c<\/p>\n<p>Die neuen Ergebnisse best\u00e4tigen nicht nur die experimentellen Beobachtungen, sondern weisen dar\u00fcber hinaus das Potenzial auf, molekulare Prozesse mithilfe von mechanischer Kraft zu steuern. \u201eWir konnten unter anderem zeigen, dass durch mechanische Zugkraft die sogenannte Protonenaffinit\u00e4t in Cellulose regio-selektiv erh\u00f6ht werden kann\u201c, betont Saeed Amirjalayer.<\/p>\n<p>Die Wissenschaftler erhoffen sich, dass diese Arbeit nicht nur ein effizientes und umweltfreundliches Verfahren f\u00fcr die Umwandlung von Cellulose erm\u00f6glicht, sondern auch dazu f\u00fchren kann, neuartige mechano-responsive Verbindungen, zum Beispiel Kunststoffe, zu entwickeln. Diese k\u00f6nnten dann durch mechanische Kr\u00e4fte nach ihrer Anwendung recycelt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Eine der gr\u00f6\u00dften globalen Herausforderungen ist es derzeit, erneuerbare Quellen effizient einzusetzen, um in Zukunft den steigenden Bedarf an Energie und Chemikalien abzudecken. Biomasse ist dabei eine vielversprechende Alternative zu den bisherigen fossilen Quellen wie Kohle oder Erd\u00f6l. 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