Modell des Zeolith-Katalysators
Andreas Heddergott / TUM
An der Technischen Universität München ist es Forschern gelungen, mit einem neuen Katalysator-Konzept die Umwandlung von Abfällen zu Biokraftstoff zu beschleunigen. Diese chemischen Prozesse verschlingen bislang meist mehr Energie, als die regenerativen Quellen bieten. Temperatur und Energiebedarf werden durch Zeolith-Katalysatoren deutlich gesenkt.
Das neue Verfahren ähnelt dem von natürlichen chemischen Prozessen: Dort sorgen Enzyme, an deren Oberflächen sich kleine Taschen befinden, für schneller ablaufende Reaktionen.
Bei der Natur abgeschaut
"Wir haben uns überlegt, wie wir diese biologischen Funktionen auf die organische Chemie übertragen können", erläutert Prof. Johannes Lercher, der an der TU München den Lehrstuhl für Technische Chemie II leitet. "Auf der Suche nach geeigneten Katalysatoren, die die Reaktion beschleunigen, sind wir auf die Zeolithe gestoßen: Kristalle mit kleinen Hohlräumen, in denen Reaktionen unter ähnlich beengten Verhältnissen ablaufen wie in den Taschen der Enzyme."
Um die Reaktionsgeschwindigkeit der Zeolithe zu testen, verglich das Forscher-Team die Reaktion von Kohlenstoffverbindungen mit Säuren im Becherglas mit der in Zeolithen. In den engen Hohlräumen der Kristalle treffen reagierende Alkohol-Moleküle auf die Hydronium-Ionen der Säuren. Im Experiment werden die organischen Moleküle, die sich in wässriger Lösung befinden, von den Poren der Zeolithe angezogen. Durch den Kontakt mit den Hydronium-Ionen verlieren sie Sauerstoff. Die Reaktionen sind bis zu hundert Mal schneller und laufen bereits bei knapp über 100°C mit hohen Raten ab.
Beste Ergebnisse unter einem Nanometer Durchmesser
"Unsere Experimente zeigen, dass die Zeolithe als Katalysatoren eine Wirkung entfalten, die vergleichbar ist mit der von Enzymen", berichtet Lercher. "Die katalytische Wirkung wird dabei stärker, je kleiner die Hohlräume sind, in denen die Reaktionen stattfinden. Die besten Ergebnisse haben wir bei Durchmessern von weit unter einem Nanometer erzielt.“
Noch wird an den Grundlagen geforscht. Das Verfahren soll sich in Zukunft vor allem dafür eignen, Bio-Öl aus organischen Abfällen in Treibstoff umzuwandeln.