Wolfram macht's möglich

Energiesparen bei einem der wichtigsten chemischen Prozesse

24.07.2003

Alkene, wie Ethylen und Propylen, sind wichtige Ausgangsstoffe für die Chemische Industrie. Einer der technischen Herstellprozesse für Alkene ist die katalytische Dehydrierung der entsprechenden Alkane. Dieser Prozess könnte wesentlich rentabler gestaltet werden, falls sich ein neuer Ansatz, den niederländische Forscher entwickelt haben, in die Praxis umsetzen lässt.

Um aus einem Alkan ein Alken zu machen, müssen ihm zwei Wasserstoffatome entfernt werden. Und das erfordert sehr viel Energie und bringt nur eine geringe Ausbeute. Ausweg könnte die Kopplung mit einem zweiten Prozess sein: Die Oxidation des frei werdenden Wasserstoffes mit Sauerstoff zu Wasser könnte die benötigte Energie liefern. Gleichzeitig könnte durch die Entfernung des Wasserstoffs aus dem Reaktionsgemisch der Umsatz erhöht werden. Dazu braucht man aber ein Katalysatorsystem, das eine selektive Oxidation von Wasserstoff in Gegenwart von Alkanen und Alkenen ermöglicht - und bei den notwendigen hohen Temperaturen nicht sintert und desaktiviert wird. Eine Forschergruppe von der Universität Amsterdam hat nun ein solches Katalysatorsystem entwickelt.

Cer-Oxide und Cer-Mischoxide werden bereits in verschiedenen Anwendungen als eine Art fester Sauerstoff-Austauscher genutzt. Und so wählten auch Gadi Rothenberg, Bart de Graaf und Alfred Bliek Cer-Oxid als Ausgangsbasis. Das pure Cer-Oxid zeigt noch keinerlei Selektivität für die Oxidation von Wasserstoff. Durch die Dotierung mit anderen Metallionen kann seine Selektivität jedoch variiert werden. Grund dafür sind Störungen in der Kristallstruktur, die durch Fremdionen mit einer anderen Größe oder Ladung hervorgerufen werden. In einer Parallelsynthese stellten die Forscher einen Satz von zehn verschiedenen Cer-Mischoxiden her, bei denen jeweils 10 % der Cer-Ionen durch Ionen eines anderen Metalls ersetzt wurden. Wolfram erwies sich in den folgenden Tests mit einer 97 %igen Selektivität für Wasserstoff als das Dotiermittel der Wahl. Alkene und Alkane reagieren dagegen nicht mit den Sauerstoffatomen des Cer-Wolfram-Mischoxids.

Nach der Reaktion lassen sich die "Löcher", die die fehlenden Sauerstoffatome im Kristallgitter hinterlassen, im Sauerstoff-Strom einfach wieder auffüllen. Viele Zyklen können durchlaufen werden, ohne dass dieser feste "Sauerstoffspeicher" sintert, verkokt oder aus einem anderen Grund an Aktivität einbüßt.

https://www.chemie.de/news/26087/wolfram-macht-s-moeglich.html