Traumhafte Route zur grünen Säure
Mittelständler gelingt weltweit beachteter Forschungscoup
Forscher des mittelständischen Duisburger Unternehmens Grillo haben ein industrietaugliches Verfahren entwickelt, um Methan aus Erd- oder Biogas erstmals direkt stofflich umzusetzen. Dabei entsteht in einer „dream reaction“ Methansulfonsäure – eine starke, ungiftige, biologisch komplett abbaubare und daher „grüne“ Säure.
Forscher des mittelständischen Duisburger Unternehmens Grillo haben ein industrietaugliches Verfahren entwickelt, um Methan aus Erd- oder Biogas erstmals direkt stofflich umzusetzen. Dabei entsteht in einer „dream reaction“ Methansulfonsäure – eine starke, ungiftige, biologisch komplett abbaubare und daher „grüne“ Säure.
Grillo-Werke AG, istockfoto/halbergman (left), gettyimages/Xuanyu Han (right)
Als „dream reaction“ bezeichnen Chemiker eine Reaktion, bei der ein Produkt in einem einzigen Schritt aus kostengünstigen Bausteinen unter geringem Energieeinsatz und ohne Nebenprodukte hergestellt wird. In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science [1] belegen zwei Grillo-Chemiker nun, dass der Mechanismus der Reaktion grundlegend anders ist als es die meisten Experten weltweit bislang vermutet haben: Sie verläuft nicht über Radikale – Moleküle mit ungepaarten Elektronen –, sondern über ein positiv geladenes Ion mit der Formel CH3+.
Umwelt und Industrie profitieren
Die chemische Industrie stellt weltweit jährlich 50.000 Tonnen Methansulfonsäure für die Metallverarbeitung, die Elektronik-, die Pharma- und die Reinigungsmittel-Branche her. Es gilt als sicher, dass die Nachfrage nach der Säure wegen ihrer grünen Eigenschaften künftig weiter stark steigen wird. Diese Produktion der Methansulfonsäure erfolgt bisher über den Umweg der Synthesegas- und Methanolproduktion – eine chemische Route, die nach unabhängigen Untersuchungen eine dreimal höhere Umweltbelastung mit sich bringt als das neue Verfahren [2].
Die neue Möglichkeit, mit dem Grillo-Verfahren Methan aus Erd- oder Biogas direkt stofflich umzuwandeln, ist eine gute Nachricht. Denn Methan wird weniger schnell knapp als Erdöl, auf dessen Verwertung große Teile der gegenwärtigen Chemieindustrie beruhen. Außerdem wird Methan bislang in vielen Erdölfeldern einfach abgefackelt, weil sich Aufbereitung und Transport nicht lohnen. Schließlich könnten Methan und damit die Methansulfonsäure später einmal aus dem Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) gewonnen werden.
Innovation durch Kreativität, Beharrlichkeit und Vertrauen
Warum gelang einem fünfköpfigen Team eine Innovation, von der große Chemiekonzerne und die besten Hochschulforscher weltweit nur träumen? „Entscheidend war die Idee meines Kollegen Dr. Timo Ott, welche Substanz als Initiator für die Reaktion dienen könnte“, sagt Dr. Ingo Biertümpel, Leiter Forschung und Entwicklung bei Grillo. Den Initiator mit Namen Methylsulfonylperoxid haben sich Ott und Biertümpel patentieren lassen [3] – das wohl wichtigste Schutzrecht von inzwischen 21 international angemeldeten Patenten. „Außerdem haben wir intensiv und grundlegend die Details des chemischen Mechanismus untersucht. Das half uns, bei der weiteren Verfahrensentwicklung an den richtigen Stellschrauben zu drehen“, ergänzt Ott.
Beide betonen, dass sie stets das Vertrauen der Unternehmensführung besaßen. „Oftmals bekommen Forscher heute sehr enge Zeitvorgaben für ein Vorhaben. Das war bei uns anders. Außerdem hat uns die Unternehmensführung trotz vieler Rückschläge immer unterstützt und alle notwendigen Gelder bereitgestellt“, so Biertümpel, ursprünglich theoretischer Chemiker. Er und Synthesechemiker Ott ergänzen sich bestens. Ott ist ein besonders neugieriges und kreatives „Chemie-Genie“, dessen ungewöhnliche Fähigkeiten schon in der fünften Klasse und etwas später bei der Chemie-Olympiade und bei „Jugend forscht“ auffielen. Biertümpel ist ein Querdenker, der es für wichtig hälft, „manches genau entgegen der gängigen Lehrmeinung auszuprobieren“.
Originalveröffentlichung
[1] Christian Díaz-Urrutia, Timo Ott; "Activation of methane to CH3+: A selective industrial route to methanesulfonic acid"; Science 22 Mar 2019: Vol. 363, Issue 6433, pp. 1326-1329.
[2] Steve Kappenthuler, Sandro Olveira, Jonathan Wehrli, Stefan Seeger; "Environmental assessment of alternative methanesulfonic acid production using direct activation of methane"; Journal of Cleaner Production; Volume 202, 20 November 2018, Pages 1179-1191.
[3] Ferdi Schüth; "Making more from methane"; Science 22 Mar 2019: Vol. 363, Issue 6433, pp. 1282-1283.
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