13.05.09 Phenol-reiches Bioöl liefert nach katalytischer Hydrodesoxygenierung wertvolle Alkane
Bioöl lässt sich als Rohstoffquelle nutzen
Neues Verfahren zur Gewinnung von Alkanen aus phenolreicher Biomasse
Abb. 1: Öl und Wasser: Eine neue energieeffiziente und atomökonomische katalytische Produktion von Alkanen und Methanol durch Veredelung der phenolischen Fraktion von Bioöl wird vorgestellt. Der in wässriger Phase durchgeführte Eintopf-Hydrodesoxygenierungsprozess nutzt zwei Katalysatoren, was die Teilreaktionen Hydrierung, Hydrolyse und Dehydratisierung erleichtert.
Quelle: Angewandte Chemie
Die Menge verfügbarer fossiler Rohstoffe ist begrenzt. Daher und aus Gründen des Umweltschutzes rücken erneuerbare Rohstoffquellen wie speziell angebaute Pflanzen, Holzabfälle und andere Pflanzenreste immer mehr ins Zentrum des Interesses. 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 nun ein neues katalytisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Bestandteile von Bioöl direkt in Alkane und Methanol umsetzen lassen. Wie die Forscher berichten, basiert es auf einer Eintopfreaktion - also einer Reaktion in der alle Arbeitsschritte im selben Reaktor ablaufen - 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.
Abb. 2: Einige Bestandteile des Bioöls und die daraus gewonnenen cyclischen Alkane
Bioöl enthält eine so genannte phenolische Fraktion. Die phenolischen Bestandteile des Bioöls lassen sich mit dem neuen Verfahren mit sehr hoher Selektivität zu Cycloalkanen 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.
In der Eintopfreaktion laufen die einzelne Teilreaktionen (Hydrierung, Hydrolyse und Dehydratisierung) ohne zwischengeschaltete Aufarbeitungsschritte einfach in dem selben Reaktor ab. 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.
Diskussion
Der Ansatz, aus Pflanzenabfällen Rohstoffe zu gewinnen, hat bestechende Vorteile, wenn man bedenkt, dass dadurch keine zusätzliche Konkurrenz auf den Nahrungsmittelmärkten erwächst. Man denke an die Gewinnung von Bioethanol aus Mais. Zudem sollte man nie ausser acht lassen, dass die Bilanz weiterer nachwachsender Rohstoffe wie z.B. auch Palmöl, denkbar schlecht ausfällt, wenn für deren Anbau tropische Regenwälder weichen müssen. Daher sind neue Technologien - wie die oben beschriebenen - zu begrüssen und sollten unterstützt werden.
Quelle:
Highly Selective Catalytic Converion of Phenolic Bio-Oil to Alkanes
C. Zhao, et. al., Angew. Chem. 2009, DOI:
10.1002/ange.200900404
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Phenol-reiches Bioöl liefert nach katalytischer
Hydrodesoxygenierung wertvolle Alkane
(URL: https://www.organische-chemie.ch/chemie/2009mai/biooel.shtm)
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