Neue Wege zur Biomasse-Nutzung
Wolframcarbid als Katalysator für die kosteneffektive Umsetzung von Cellulose in industriell nutzbare Kohlenstoffverbindungen
Biomasse könnte als Alternative zu Erdöl und Erdgas als Kohlenstoffquelle und Brennstoff zukünftig einen bedeutenderen Stellenwert einnehmen. Forscher aus den USA und China haben einen neuen Katalysator entwickelt, der Cellulose direkt in Ethylenglycol umsetzt. Wie sie berichten, besteht der Katalysator aus Wolframcarbid und Nickel auf Kohlenstoff als Trägermaterial.
Derzeit wird Biomasse vor allem in Form von Stärke genutzt, die zu Zuckern abgebaut und zu Ethanol fermentiert wird. Cellulose wird bisher meist fermentativ verarbeitet. Die Spaltung von Cellulose in seine einzelnen Zuckerbausteine, die dann fermentiert werden könnten, ist jedoch ein langsamer, kostenintensiver Prozess. Entsprechend attraktiv erscheint die Alternative einer direkten Umsetzung der Cellulose in nutzbare organische Verbindungen.
Erste Reaktionen wurden entwickelt, die von verschiedenen Edelmetall-Katalysatoren katalysiert werden. Der Nachteil: Es werden große Mengen der teuren Edelmetalle benötigt, um die Cellulose abzubauen. Im großtechnischen Maßstab sind diese Verfahren daher nicht wirtschaftlich. Ein kostengünstigerer und dabei effektiverer Katalysator wäre wünschenswert.
Einen solchen hat das Team um Tao Zhang vom Dalian Institute of Chemical Physics und Jingguang G. Chen von der University of Delaware nun entwickelt. Der Katalysator besteht aus Wolframcarbid, das auf einen Träger aus Kohlenstoff aufgebracht wird. Kleine Mengen Nickel verbessern die Leistungsfähigkeit und vor allem die Selektivität des Katalysatorsystems: Dank eines synergistischen Effekts zwischen Nickel und Wolframcarbid lässt sich die Cellulose nicht nur zu 100% umsetzen, sondern der Anteil von Ethylenglycol an den entstehenden Polyalkoholen auf 61% steigern. Ethylenglycol wird beispielsweise in der Kunststoffindustrie bei der Produktion von Polyesterfasern und -harzen benötigt und dient in der Automobilindustrie als Frostschutzmittel.
Originalveröffentlichung: Jingguang G. Chen et al.; "Direct Catalytic Conversion of Cellulose into Ethylene Glycol Using Nickel-Promoted Tungsten Carbide Catalysts"; Angewandte Chemie 2008
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