{"id":79414,"date":"2020-10-02T07:32:38","date_gmt":"2020-10-02T05:32:38","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=79414"},"modified":"2020-09-29T14:19:42","modified_gmt":"2020-09-29T12:19:42","slug":"bessere-katalysatoren-fuer-eine-nachhaltige-biooekonomie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/bessere-katalysatoren-fuer-eine-nachhaltige-biooekonomie\/","title":{"rendered":"Bessere Katalysatoren f\u00fcr eine nachhaltige Bio\u00f6konomie"},"content":{"rendered":"

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und von der ETH Z\u00fcrich wollen sogenannte Zeolithe leistungsf\u00e4higer machen. Die Verbindungen sind bereits heute unerl\u00e4ssliche Hilfsmittel in der chemischen Industrie und werden seit den 1960er-Jahren in Erd\u00f6lraffinerien als Katalysatoren eingesetzt. Im Fachblatt Nature Materials<\/em> pl\u00e4dieren die Forschenden<\/a> nun daf\u00fcr, mehr Augenmerk auf die klassischen Zeolithe zu legen. Diese h\u00e4tten sogar das Potenzial, eine Bio\u00f6konomie auf Basis nachwachsender Rohstoffe m\u00f6glich zu machen.<\/strong><\/p>\n

\"20200722_sushkevich_vitaly_0049\"<\/a>
PSI-Forscher Vitaly Sushkevich (links) und Manoj Ravi, Doktorand der ETH Z\u00fcrich, im PSI-Labor. In seinen H\u00e4nden h\u00e4lt Ravi das Modell eines Zeolithger\u00fcsts. (Foto: Paul Scherrer Institut\/Mahir Dzambegovic)<\/figcaption><\/figure>\n

Um aus unserer erd\u00f6lbasierten Wirtschaft eine nachhaltige Bio\u00f6konomie zu machen, m\u00fcssen wir fossile Ressourcen durch nachwachsende Rohstoffe ersetzen. Erd\u00f6l, Ausgangsstoff f\u00fcr zahlreiche Produkte der chemischen Industrie, l\u00e4sst sich aber nicht einfach gegen Holz, Mais und Stroh austauschen, denn Pflanzen bestehen aus ganz anderen Arten von Molek\u00fclen als das schwarze Gold. Um damit Autos anzutreiben sowie eine breite Vielfalt an Kunststoffen oder Medikamenten herstellen zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen nachwachsende Rohstoffe zun\u00e4chst chemisch umgewandelt werden. Dabei helfen Katalysatoren, also Substanzen, die chemische Reaktionen antreiben oder oft erst m\u00f6glich machen.<\/p>\n

\u00c4usserst vielversprechende Katalysatoren f\u00fcr diesen Zweck sind Zeolithe, ger\u00fcstartige Verbindungen aus Aluminium, Sauerstoff und Silizium. Zeolithe kommen in der Natur vor \u2013 beispielsweise als Minerale in Gesteinsformationen \u2013 oder werden synthetisch hergestellt. Sie geh\u00f6ren zu den wichtigsten Katalysatoren der chemischen Industrie. Erd\u00f6lraffinerien setzen sie seit den 1960er-Jahren zum Cracken ein, also um lange Kohlenwasserstoffketten in k\u00fcrzere zu spalten. Weitere Anwendung finden sie etwa als Inhaltsstoffe von Waschmitteln, bei der Wasserenth\u00e4rtung und in W\u00e4rmespeicherheizungen.<\/p>\n

Zeolithe helfen beim Umstieg auf eine Bio\u00f6konomie, indem sie es m\u00f6glich machen, Biomasse zu Molek\u00fclen umzuwandeln, welche die Industrie dringend ben\u00f6tigt. Allerdings: \u00abDie Forschung an Zeolithen ist an diesem Punkt in einer Sackgasse angekommen\u00bb, sagt Vitaly Sushkevich, Wissenschaftler im Labor f\u00fcr Katalyse und nachhaltige Chemie am PSI. Gemeinsam mit Kollegen am PSI und an der ETH Z\u00fcrich will er die Zeolithforschung aus dieser Sackgasse holen.<\/p>\n

Aluminium ist nicht gleich Aluminium<\/h3>\n

Das Problem: Um Katalysatoren f\u00fcr die Bio\u00f6konomie zu entwickeln, basteln Forschende weltweit an Zeolithen, die zus\u00e4tzlich Zinn-, Titan- oder Zirkon-Atome enthalten. Deren Leistungsf\u00e4higkeit l\u00e4sst sich aber nicht weiter steigern. Das Team um Sushkevich r\u00e4t daher dazu, sich wieder den klassischen Zeolithen zuzuwenden, die nur aus Silizium, Aluminium und Sauerstoff aufgebaut sind. \u00abEs sind sehr leistungsf\u00e4hige Katalysatoren\u00bb, sagt Sushkevich. \u00abDas Besondere ist, dass sie sich modifizieren und f\u00fcr die jeweils ben\u00f6tigten Zwecke anpassen lassen. Sie k\u00f6nnen sogar mehrere chemische Reaktionen nacheinander katalysieren.\u00bb In diesem Fall entsteht praktischerweise aus dem Ausgangsprodukt A \u00fcber die Zwischenschritte B und C das gew\u00fcnschte Produkt D.<\/p>\n

Wichtiges Element in diesen Zeolithen sind die Aluminiumatome. Urspr\u00fcnglich sind diese fest in dem Zeolithger\u00fcst verankert. Durch Erhitzen und andere Kniffe lassen sie sich aus diesem Verbund l\u00f6sen und werden so in die Lage versetzt, Reaktionen zu katalysieren, die f\u00fcr die Bio\u00f6konomie wichtig sind.<\/p>\n

Der Doktorand Manoj Ravi von der ETH Z\u00fcrich analysierte die Literatur dazu und fand einige Ungereimtheiten. \u00abDie Art, wie die Aluminiumatome die Reaktionen katalysieren, ist vermutlich sehr viel komplizierter als bisher gedacht\u00bb, sagt er. Beispielsweise l\u00f6sen sich nicht alle Aluminiumatome vollst\u00e4ndig aus dem Ger\u00fcstverband. Stattdessen existieren in einem solchen Zeolith drei unterschiedliche Arten von Aluminiumatomen: solche, die noch im Ger\u00fcst festsitzen, solche, die, teilweise losgel\u00f6st sind und solche, die vollst\u00e4ndig losgel\u00f6st sind. \u00abEs ist wichtig, diese drei Arten voneinander zu unterscheiden und nicht in einen Topf zu werfen.\u00bb<\/p>\n

Verstehen, was passiert<\/h3>\n

Das PSI synthetisiert auch selbst Zeolithe und analysiert deren Strukturen, etwa mithilfe der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS. \u00abMessungen an Grossforschungsanlagen und mit anderen, modernen Techniken helfen dabei, die Struktur der wichtigen aktiven Zentren zu verstehen\u00bb, sagt Sushkevich. Aktive Zentren sind die Stellen in einem Katalysator, an denen die Reaktion stattfindet.<\/p>\n

Diese Vorgehensweise k\u00f6nnte nicht nur beim Einstieg in eine Bio\u00f6konomie helfen, sondern auch bei der Verarbeitung von klassischen fossilen Ressourcen, f\u00fcgt der Chemiker hinzu.<\/p>\n

Die Abhandlung wird am 21. September 2020 im Fachblatt Nature Material<\/em>s ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n

 <\/p>\n

\u00dcber das PSI<\/h3>\n

Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verf\u00fcgung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Energie und Umwelt sowie Mensch und Gesundheit. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt besch\u00e4ftigt das PSI 2100 Mitarbeitende, das damit das gr\u00f6sste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget betr\u00e4gt rund CHF 400 Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Z\u00fcrich und die ETH Lausanne angeh\u00f6ren sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL. (Stand 05\/2020)<\/p>\n

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Kontakt<\/h3>\n

Dr. Vitaly Sushkevich
\nLabor f\u00fcr Katalyse und nachhaltige Chemie
\nTel.: +41 56 310 35 18
\nE-Mail: vitaly.sushkevich@psi.ch<\/a> [Englisch, Russisch]<\/p>\n

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Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n

Towards a better understanding of Lewis acidic aluminum in zeolites
\nM. Ravi, V.L. Sushkevich, J.A. van Bokhoven
\nNature Materials, 21. September 2020 (online)
\nDOI: 10.1038\/s41563-020-0751-3<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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