Kohlendioxid wird zur ungiftigen Kohlenstoffquelle
Die Stoffgruppe Ester, die wichtig für die Kunststoffherstellung ist, lässt sich zukünftig unter Einsatz von Kohlendioxid herstellen. Rostocker Forscher haben ein Verfahren entwickelt, um das giftige Kohlenmonoxid zu ersetzen. Geschafft haben sie das mit einem preiswerten Katalysator.
Dr. Ralf Jackstell vom Forschungsteam Likat zeigt den verwendeten Rutheniumkatalysator. Er ist eine kostengünstige Alternative zu sonst nötigen hohen Temperaturen und Drücken. Laut Forschern ist das neue Verfahren schon fast so effektiv wie traditionelle Methoden.
Foto: Universität Rostock
Ester bezeichnet eine Stoffgruppe, die in der Chemie benötigt wird, um Kunststoffe herzustellen. Mehr als 100.000 Tonnen werden jedes Jahr weltweit hergestellt. Forschern am Leibniz-Institut für Katalyse (Likat) an der Universität Rostock ist erstmals gelungen, Ester unter Einsatz von Kohlendioxid herzustellen. Sie haben damit das reaktionsschnelle, aber giftige Kohlenmonoxid ersetzt, das normalerweise bei der Herstellung zum Einsatz kommt.
Mit dem neuen Verfahren könnte man zukünftig etwa eine halbe Million Tonnen Kohlendioxid sinnvoll verwerten. Das ist angesichts der Emissionen von 30 Milliarden Tonnen pro Jahr zwar nur eine Winzigkeit. Es ist aber denkbar, dass weitere Verfahren dieser Art entwickelt werden.
Katalysator bringt Kohlendioxid auf Trab
Kohlendioxid reagiert mit anderen Atomen und Molekülen eigentlich nur bei sehr hohen Temperaturen und Drücken, die einen so hohen Energieeinsatz erfordern, dass eine wirtschaftliche Produktion unmöglich ist. Den Rostocker Wissenschaftlern ist es gelungen, das Kohlendioxid mit Hilfe eines Katalysators auf Rutheniumbasis auf Trab zu bringen. Es funktionieren auch Katalysatoren aus Edelmetall, etwa Platin und Palladium, doch die sind zehnmal teurer.
Das Ruthenium sorgt dafür, dass sich das Kohlendioxid genau dort anlagert, wo sich üblicherweise Kohlenmonoxid festmacht. Das haben die Forscher mit Hilfe von markiertem Kohlenstoff geschafft, sagt Likat-Forscherin Barbara Heller. Sie ersetzten das übliche Kohlenstoffatom, dessen Kern aus zwölf Protonen und Neutronen besteht, durch ein Kohlenstoffisotop mit einem zusätzlichen Neutron. „Wir konnten dieses Isotop im fertigen Ester nachweisen.“ Obwohl das Verfahren noch im Laborstadium steckt, weise es „schon heute Umsätze aus, die mit den aktuellen Verfahren durchaus konkurrieren können.“
Chlorionen schlagen Wasserstoff in die Flucht
Zur Herstellung von Estervarianten sind außer einer Kohlenstoffquelle – bisher Kohlenmonoxid, künftig Kohlendioxid – weitere Zutaten nötig: Alkohole, meist Methanol, und Alkene, das ist eine weit verzweigte Stoffgruppe, zu der beispielsweise Ethen und Buten gehören.
Bei der Umwandlung des Stoffgemischs in Ester bei einer moderaten Temperatur von 160 Grad Celsius und mäßigem Druck von 40 bar entsteht als Zwischenprodukt Wasserstoff, der an den Platz drängt, den das Kohlendioxid einnehmen soll. Das verhindern die Rostocker mit einer ionischen Flüssigkeit, das ist eine Gruppe von Salzen, die bereits bei niedrigen Temperaturen flüssig sind. Die darin enthaltenen Chlorionen schlagen den Wasserstoff in die Flucht, sodass die Kohlendioxid-Moleküle genügend Zeit haben, den ihnen zugedachten Platz einzunehmen.
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