{"id":76340,"date":"2020-07-13T06:41:49","date_gmt":"2020-07-13T04:41:49","guid":{"rendered":"https:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=http%3A%2F%2Fwww.innovations-report.de%2Fhtml%2Fberichte%2Fbiowissenschaften-chemie%2Fgruener-bruder-des-pet-likat-vereinfacht-verfahren-fuer-die-bausteine-des-bio-polymers-pef.html"},"modified":"2020-07-05T12:08:34","modified_gmt":"2020-07-05T10:08:34","slug":"gruener-bruder-des-pet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/gruener-bruder-des-pet\/","title":{"rendered":"\u201eGr\u00fcner Bruder\u201c des PET"},"content":{"rendered":"

Nachwuchsforscher am Rostocker Leibniz-Institut f\u00fcr Katalyse, LIKAT, entwickelten ein katalytisches Verfahren f\u00fcr Bio-Polymere, das unter sehr milden Bedingungen abl\u00e4uft. Ergebnis sind Bausteine des Kunststoffs PEF, eine nachhaltige Alternative zu Getr\u00e4nkeverpackungen aus PET. Die Herstellung der PEF-Bausteine kommt ohne Erd\u00f6l aus, ben\u00f6tigt wird stattdessen Zellulose, also Biomasse, und im Wesentlichen nur noch Alkohol und Luft. Das Verfahren kann sofort in die Praxis umgesetzt werden. Um es frei zug\u00e4nglichzu machen, ver\u00f6ffentlichten die jungen Chemiker ihre Erkenntnisse auf einer Open-access-Plattform.<\/strong><\/p>\n

Als erstes Unternehmen baute CocaCola in den USA eine Plant-Bottle-Fabrik f\u00fcr Getr\u00e4nkeflaschen aus Polyethylenterephthalat (PET), die komplett auf pflanzlicher Basis hergestellt werden \u2013allerdings unter hohem Aufwand an Energie. Der herk\u00f6mmliche Prozess f\u00fcr die PET-Bausteine braucht n\u00e4mlich Temperaturen bis zu 300 Grad Celsius und einen Druck um 100 bar.<\/p>\n

\u201eDiese harschen Bedingungen d\u00e4mpften bisher die Begeisterung der Industrie f\u00fcr biobasierten Kunststoff\u201c, sagt Dr. Esteban Meija. Er leitet am LIKAT die Nachwuchsgruppe \u201ePolymerchemie und Katalyse\u201c, unter seiner Federf\u00fchrung liefen die Arbeiten zum neuen Verfahren. Das Ergebnis ist gewisserma\u00dfen der \u201egr\u00fcne Bruder\u201c von PET: und zwar PEF, vollst\u00e4ndiger Name: Polyethylenfuranoat. Das PEF-Verfahren kommt mit maximal 60 Grad Celsius aus, funktioniert bei normalen atmosph\u00e4rischem Druck und kann seine Produktivit\u00e4t unter kontinuierlichenFlussbedingungenum das 15fache steigern. Dr. Meija: \u201eDamit werden biobasierte Polymere wie PEF f\u00fcr die Industrie wieder interessant.\u201c<\/p>\n

Plattformchemikalie aus Reisstroh<\/h3>\n

Ausgangsstoff f\u00fcr die PEF-Bausteine ist eine sogenannte Plattformchemikalie, ein Furan-Derivat namens HMF, das aus Zellulose, einem Mehrfachzucker aus Abf\u00e4llen etwa der Landwirtschaft, produziert wird. Weltweit forschen Labors an insgesamt einem Dutzend solcher Plattformchemikalien, um die Rohstoffbasis der Chemie im gro\u00dfen Ma\u00dfstab von Erd\u00f6l und Erdgas auf Biomasse umzustellen. HMF, pr\u00e4zise: Hydroxymethylfurfural, z\u00e4hlt zu den hei\u00dfen Kandidaten, wie Esteban Meija sagt. Doch es braucht auch neue Ideen f\u00fcr eine einfache und m\u00f6glichst billige Umsetzung dieses Ausgangsstoffs und seiner Produkte im Gro\u00dfma\u00dfstab.<\/p>\n

\u00dcber Dr. Meijas Forschungskontakte mit Vietnam ergab sich die Kooperation mit Nguyen Trung Thanh, einem Professor der TechnischenUniversit\u00e4t Hanoi. Meijas Nachwuchsgruppe bot ihm die M\u00f6glichkeit, in seiner Habilitationsarbeit ein vereinfachtes Verfahren f\u00fcr die Herstellung von HMF aus Reisstroh zu entwickeln. Parallel dazu \u00fcbertrug Meija einem Studenten aus Venezuela, Abel Salazar, die Aufgabe, das PEF-Verfahren auf Basis von HMF zu verbessern.<\/p>\n

Luftballons im Labor<\/h3>\n

Prinzipiell reagiert bei diesem Verfahren ein Gemisch aus HMF und Alkohol mit Sauerstoff und unter Beisein eines Katalysators zu einem Ester, genauer gesagt einem Diester, das in einem weiteren Schritt zu PEF polymerisiert werden kann. Verglichen mit dem bisherigen Verfahren kommt das neue Verfahren am LIKAT mit einem Bruchteil an W\u00e4rme und Druck aus. Obendrein f\u00fchren die Forscher der Reaktion den ben\u00f6tigten Sauerstoff nicht in konzentrierter Form zu, sondern aus der Luft \u2013was den Prozess wesentlich vereinfachte und offenbar auch den Spa\u00dffaktor der Experimente erh\u00f6hte: \u201eAnfangs nahmen wir einfach Luftballons, bliesen sie im Labor auf und st\u00fclpten sie \u00fcber die Apparatur.\u201c Bei drei, vier Reaktionen gleichzeitig ergab das im Labor schon einmal eine nette Party-Kulisse.<\/p>\n

Die Verwendung von Raumluft hatte f\u00fcr die Reaktion allerdings einen Nachteil: sie lief zu langsam. Das Produkt lie\u00df sich erst am n\u00e4chsten Morgen begutachten. Meija und sein Team l\u00f6sten das Problem an zwei Stellen. Zum einen erh\u00f6hten sie leicht den Druck und fanden ein Optimum bei 20 bar. \u201eZum anderen ersetzten wir unser Reaktionsgef\u00e4\u00df durch einen Microflow-Reaktor.\u201c<\/p>\n

Kontinuierlicher Prozess<\/h3>\n

Dabei werden die Ausgangsstoffe, im Wesentlichen ein Mix aus HMF und Alkohol, mit Sauerstoff oder Luft durch ein System von feinen R\u00f6hrchen gepresst. Durch die kapillare Zwangsf\u00fchrung kommen die Sauerstoff-Molek\u00fcle gewisserma\u00dfen wohldosiert mit dem Ausgangsmix in Kontakt. Danach passiert das Reaktionsgemisch eine Kartusche. Dort befindet sich der Katalysator, der die Reaktion auf Trab bringt, in diesem Falle Partikel aus Kobaltoxid und Ruthenium, aufgebracht auf die Oberfl\u00e4che kleiner K\u00fcgelchen.<\/p>\n

Diese Anordnung sorgt f\u00fcr die \u201eoxidative Veresterung\u201c, wie Chemiker diese Reaktion nennen, und vor allem erm\u00f6glicht sie einen kontinuierlichen Prozess. Der Katalysator wird nicht verbraucht, er kann immer wieder verwendet werden. Das Produkt, der veresterte PEF-Baustein, verl\u00e4sst die Kartusche als Fl\u00fcssigkeit und kann nun polymerisiert werden.<\/p>\n

\u201eUnsere Reaktion l\u00e4uft inzwischen 15mal schneller als zu Beginn der Experimente\u201c, sagt Esteban Meija. Der Chemiker ist \u00fcberzeugt davon, dass das Ergebnis viele interessiert. \u201eWir haben uns deshalb f\u00fcr eine Open-access-Ver\u00f6ffentlichung entschieden.\u201c<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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