Die negativen Entwicklungen des Klimawandels und die immer weiter steigenden CO₂-Emissionen erfordern eine Erneuerung der traditionellen erdölbasierten Chemie. Aus diesem Grund hat Heraeus Precious Metals bereits vor einigen Jahren ein Entwicklungsprogramm für Katalysatoren auf Edelmetallbasis initiiert. Dieses zielt auf die Umwandlung verschiedener erneuerbarer Rohstoffe, wie Biomasse, CO₂ oder Kunststoffabfälle, in wertschöpfende, nachhaltige Chemikalien ab. Mithilfe des neuen Edelmetallkatalysators von Heraeus Precious Metals kann das forstwirtschaftliche Restprodukt Zellulose als Rohstoff für Chemikalien nutzbar gemacht werden.
Ruthenium-basierter Edelmetallkatalysator für die effiziente Umwandlung von 5-HMF zu DFF
Das Molekül 5-Hydroxymethylfurfural, kurz 5-HMF, wird aus Zellulose gewonnen und dient als Ausgangsmaterial für 2,5-Diformylfuran (DFF). DFF ist eine hochflexible Chemikalie, die für eine Vielzahl biobasierter Produkte, unter anderem für die Herstellung von formaldehydfreien Phenolharzen als Leim für Spanplatten verwendet werden kann. Der neue Edelmetallkatalysator auf Ruthenium-Basis von Heraeus Precious Metals sorgt für die effiziente Bildung von DFF aus 5-HMF. „Studien haben gezeigt, dass Ruthenium ein immenses Potential in der katalytischen Umsetzung von nachhaltigen Rohstoffen, wie beispielsweise Biomasse, aufweist“, sagt Dr. Gisa Meißner, Projektleiterin in der Forschungsabteilung für chemische edelmetallbasierte heterogene Katalysatoren bei Heraeus Precious Metals.
Die Katalysatorleistung hängt unter anderem von dem verwendeten Lösungsmittel, den Edelmetall-Vorläuferlösungen und von den intrinsischen Eigenschaften des Trägers ab. Die Forscherinnen und Forscher von Heraeus Precious Metals haben herausgefunden, dass ein spezieller, mit Ruthenium beladener, Aluminiumoxid-Träger zum höchsten HMF-Umsatz von 97 Prozent mit einer DFF-Selektivität von 100 Prozent führt. Dieser Träger trägt zu einer Reaktionsgeschwindigkeit bei, die fast doppelt so hoch ist im Vergleich zu anderen Katalysatoren. Darüber hinaus zeigt der Katalysator mit einer fünfprozentigen Rutheniumbeladung die höchste Aktivität in der Umsetzung von 5-HMF zu DFF. Durch einen gezielten Waschprozess findet dieser 5%ige Ru/Al2O3-Katalysator mehrfach Wiederverwendung in der genannten Reaktion.
Am Ende des Lebenszyklus unterliegen die heterogenen Edelmetallkatalysatoren von Heraeus einem ökologisch und ökonomisch optimalen Kreislaufsystem: Der deaktivierte Katalysator wird vom Reaktionsgemisch abgetrennt und dem Recyclingkreislauf zugeführt. Das dadurch gewonnene, recycelte Edelmetall kann wiederum in neuen heterogenen Katalysatoren zum Einsatz kommen und somit den gesamten CO₂-Fußabdruck im Vergleich zu Primärmetallen aus dem Bergbau um bis zu 98 Prozent verringern. „Unsere Edelmetall-Katalysatoren ermöglichen die effiziente Verwertung von Biomasse in nachhaltige Produkte“, sagt Dr. Meißner. „Gleichzeitig profitieren unsere Kunden von einer Kreislaufstrategie, die nicht nur wirtschaftliche, sondern insbesondere auch ökologische Vorteile mit sich bringt.“
Die Experten von Heraeus arbeiten kontinuierlich daran, Plattformchemikalien durch die Umsetzung von weiteren biobasierten und nachwachsenden Rohstoffen durch katalytische Prozesse zugänglich zu machen
