Rohstoff aus der Luft gegriffen

Fixierung von CO2 durch Iridium-katalysierte Hydrosilylierung

08.10.2012 - Spanien

Kohlendioxid könnte eine interessante alternative Kohlenstoffquelle für die chemische Produktion sein. Es ist kostengünstig, kommt in ausreichender Menge in der Natur vor und würde helfen, den Verbrauch fossiler Rohstoffe zu reduzieren. Zudem würde die CO2-Bilanz von Kraftstoffen und chemischen Produkten deutlich günstiger ausfallen. Das größte Hindernis auf dem Weg dahin ist die hohe Stabilität des Kohlendioxid-Moleküls. Spanische Forscher stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt einen neuen Ansatz vor, der Kohlendioxid in Form von Silyl-Formiaten, siliciumhaltigen Ameisensäureestern, abfängt.

Die Hydrierung von CO2 zu Ameisensäure (HCO2H) ist eine Variante der CO2-Nutzung, an der intensiv geforscht wird. Ameisensäure wird in der chemischen Industrie als Rohstoff für viele Produkte eingesetzt, etwa für die Agrarwirtschaft, die Lebensmitteltechnologie oder die Lederwarenindustrie. Insbesondere aber könnte sie als Wasserstoffspeicher dienen, etwa für Brennstoffzellen-betriebene Fahrzeuge.

Obwohl bereits eine Reihe von katalytischen Verfahren für die Herstellung von Ameisensäure aus CO2 entwickelt wurde, ist noch keines großtechnisch umgesetzt. Die Reaktion ist eine Gleichgewichtsreaktion, deren Gleichgewicht ungünstigerweise deutlich auf der Seite der Ausgangsverbindungen liegt. Um die ständig ablaufende Rückreaktion zu unterdrücken, muss die Ameisensäure abgefangen werden – in Form von Salzen, Addukten oder Derivaten – um sie aus der Gleichgewichtsbilanz zu entfernen.

Das Team um Francisco J. Fernández-Alvarez und Luis A. Oro von der Universität Saragossa hat nun einen neuen Katalysator entwickelt, mit dem sich Kohlendioxid umsetzen und Form eines Silyl-Formiats abfangen lässt. Als Formiate bezeichnet man Salze und Ester der Ameisensäure. Der Ausdruck Silyl steht für einen siliciumhaltigen organischen Molekülteil. Silyl-Formiate können für die Herstellung von Silikon-Polymeren und als reaktive Zwischenprodukte in organischen Synthesen eingesetzt werden. Die Ameisensäure lässt sich aber auch leicht aus dem Silyl-Formiat wieder freisetzen.

Die neue Reaktion, die die Forscher bereits im Gramm-Maßstab realisieren konnten, läuft bei sehr milden Reaktionsbedingungen. Sie ist hochselektiv und liefert einen hohen Umsatz, sie kommt ohne Lösungsmittel aus und es fallen keine Abfallprodukte an. Das Kohlendioxid wird dabei mit Heptamethyltrisiloxan reduziert. Herzstück ist ein speziell entwickelter Iridium-Katalysator, der sich erst in situ aus einer luft- und feuchtigkeitsstabilen Vorstufe bildet.