Wissenschaftler nutzen Licht zur Umwandlung von Fettsäuren in Alkane
Grüner und umweltfreundlicher Prozess
Forscher unter der Leitung von Prof. WANG Feng am Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben berichtet, dass die photokatalytische Decarboxylierung ein effizienter alternativer Weg für die Umwandlung von Fettsäuren aus Biomasse in Alkane unter milden Bedingungen von Umgebungstemperatur und -druck ist.
Schematische Darstellung der photokatalytischen Decarboxylierungsstrategie für die Alkanproduktion aus Biomasse-Fettsäuren
HUANG Zhipeng
Langkettige Alkane sind der Hauptbestandteil von Diesel- und Düsenkraftstoff. Daher ist die Herstellung dieser Alkane aus erneuerbarer Biomasse, wie z.B. aus Biomasse gewonnenen Fettsäuren, statt aus fossilen Ressourcen, wichtig für die Entwicklung einer nachhaltigen Energieversorgung. Die meisten etablierten katalytischen Systeme erfordern jedoch harte Betriebsbedingungen (d.h. hohe Temperatur und Druck) und einen übermäßigen H2-Verbrauch.
Die Forscher fanden heraus, dass unter Beleuchtung die Decarboxylierung von Fettsäuren leicht durch fotogenerierte Löcher auf dem Halbleiter TiO2 induziert werden kann, wobei anschließend Alkylradikal-Zwischenprodukte entstehen.
Aufgrund der unkontrollierbaren Reaktivität der Alkylradikale war die Produktion der gewünschten Alkane jedoch durch eine geringe Selektivität gekennzeichnet. "Die rationale Kontrolle der Umwandlung von radikalischen Zwischenprodukten für eine bevorzugte Wasserstoffterminierung ist der Schlüssel zu einer hohen Selektivität bei der Gewinnung von Alkanprodukten", sagte Prof. WANG.
Die Wissenschaftler entdeckten, dass bei der Belichtung des Katalysators Pt/TiO2 in H2-Atmosphäre mit Licht die Wechselwirkung zwischen dem Katalysator und H2 eine wasserstoffreiche Oberfläche erzeugt, so dass die photogenerierten Radikale schnell durch Oberflächen-Wasserstoffspezies terminiert werden konnten, wodurch die Oligomerisierung stark gehemmt wurde.
Diese Ergebnisse zeigen, dass Cn-1-Alkane aus aus Biomasse gewonnenen C12-C18-Fettsäuren in hoher Ausbeute (größer oder gleich 90%) unter milden Bedingungen (30 °C, H2-Druck kleiner oder gleich 0,2 MPa) mit 365 nm LED-Bestrahlung gewonnen werden können. Darüber hinaus sind die durchschnittlichen Produktionsraten mit denen von thermokatalytischen Systemen vergleichbar, die unter harten Reaktionsbedingungen arbeiten.
Tallöl und Sojafettsäuren sind die geringwertigen Nebenprodukte der Zellstoff- bzw. Sojaölraffinierung. Die Forscher führten die Umwandlung dieser beiden industriellen Fettsäuremischungen durch und erhielten Alkanprodukte in hohen Ausbeuten (bis zu 95%).
"Ein solches grünes und umweltfreundliches Verfahren ist vielversprechend. Sie schlägt eine Brücke zwischen der photosynthetischen Chemie und der industriellen Katalyse und verlängert die Kette der Nutzung von Photoenergie. Das ist besonders vielversprechend, wenn man bedenkt, dass in China reichlich Fettsäuren niedriger Qualität verfügbar sind", sagte WANG.
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