Forschung: Vom Bioöl zu Basis-Chemikalien in einem Rutsch

Durch Verfahren wie Pyrolyse oder Verflüssigung lässt sich aus Biomasse ein Bioöl gewinnen, das als vielversprechender erneuerbarer Energieträger gilt. Ein Team aus deutschen und chinesischen Wissenschaftlern um Johannes A. Lercher von der Technischen Universität München hat ein neues katalytisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Bestandteile von Bioöl direkt in Alkane und Methanol umsetzen lassen. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, basiert es auf einer “Eintopfreaktion”, die durch ein Edelmetall auf einem Kohlenstoffträger, kombiniert mit einer anorganischen Säure, katalysiert wird.

Bioöl ist eine wässrige, saure, hoch oxidierte Mischung. Sein hoher Sauerstoffgehalt und seine Instabilität wirken sich jedoch nachteilig aus, als flüssiger Kraftstoff kann es bisher nicht direkt genutzt werden. Als Quelle für Basis-Rohstoffe wäre es sehr interessant, wenn es gelänge, daraus Alkane zu gewinnen. Alkane, auch als Paraffine bezeichnet, sind gesättigte Kohlenwasserstoffe, die zu den wichtigsten Grundstoffen der chemischen Industrie zählen, etwa als Ausgangsprodukte zur Kunststoffherstellung. Außerdem zählen sie zu den wichtigsten Brennstoffen der Weltwirtschaft.

Bioöl enthält eine so genannte phenolische Fraktion. Dies sind Verbindungen, deren Grundgerüst aus einem aromatischen Kohlenstoff-Sechsring besteht, der Hydroxygruppen (OH-Gruppen) trägt. Die phenolischen Bestandteile des Bioöls lassen sich mit dem neuen Verfahren mit sehr hoher Selektivität zu Cycloalkanen (ringförmigen Alkanen) und Methanol umsetzen. Die Forscher konnten dies an verschiedenen Modellsubstanzen zeigen. Als Katalysator setzten sie in ihren Versuchen Palladium auf einem Kohlenstoffträger ein, Phosphorsäure dient bei der Reaktion als Protonenlieferant.

Die Reaktion ist eine so genannte Eintopfreaktion, das heißt, eine einstufige Reaktion, deren einzelne Teilreaktionen (Hydrierung, Hydrolyse und Dehydratisierung) ohne zwischengeschaltete Aufarbeitungsschritte einfach in dem selben Reaktor ablaufen. Erfolgsgeheimnis ist der Katalysator, der in der Lage ist, alle diese unterschiedlichen Teilreaktionen in Gang zu bringen. Am Ende entsteht eine Mischung verschiedener Alkane, die sich als zweite Phase absetzt und so leicht von der wässrigen Bioölphase getrennt werden kann. Das neue Verfahren ist ein praktikabler Ansatz für die direkte Nutzung von Bioöl zur Alkanherstellung.

Weitere Informationen
Johannes A. Lercher, 209: Highly Selective Catalytic Conversion of Phenolic Bio-Oil to Alkanes. Angewandte Chemie 2009, 121, No. 22, 3987–3990, doi: 10.1002/ange.200900404

Kontkt
Prof. Dr. Johannes Lercher
TU München
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E-Mail: johannes.lercher@ch.tum.de