Chemische Produktionsprozesse mit Kohlendioxid und Wasserstoff
Die beiden Gase Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) bilden ein ungleiches Paar: Während Kohlendioxid als Abfallprodukt der Nutzung fossiler Rohstoffe als Klimakiller angesehen wird, gilt Wasserstoff als ein Hoffnungsträger für die Nutzung und Speicherung von Energie aus regenerativen Quellen. Auch aus chemischer Sicht könnten die beiden Moleküle kaum unterschiedlicher sein: Wasserstoff ist hoch reaktiv, wie die bekannte Knallgasreaktion zeigt. Kohlendioxid hat hingegen nur wenig Neigung, neue Bindungen einzugehen. Gemeinsam mit Wasser bildet es bspw. nur temporär Kohlensäure. „Jüngste Forschungsergebnisse machen ein überraschendes Potenzial dieser Kombination für die Herstellung von Bausteinen und Produkten in der chemischen Wertschöpfungskette deutlich. Voraussetzung ist, dass moderne Katalysatoren hier quasi als Heiratsvermittler eine Liebe auf den zweiten Blick ermöglichen“, berichtet Prof. Walter Leitner.
Leitner und Prof. Jürgen Klankermayer haben mit ihrem Team im Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen in den letzten Jahren mehrere solcher neuartigen Reaktionen im Labor durchgeführt. Sie wurden für diese Arbeiten 2014 mit dem European Sustainable Chemistry Award ausgezeichnet. In der aktuellen Novemberausgabe des Wissenschaftsmagazins „Science“ ziehen sie nun in einem „Perspective Article“ Bilanz. Deutlich wird, dass maßgeschneiderte molekulare Katalysatoren in der Lage sind, nicht nur CO2 und H2 miteinander zu verbinden, sondern gleichzeitig an weitere Reaktionspartner anzudocken. Als einziges Nebenprodukt wird Wasser gebildet, wodurch dem Kohlendioxid der Sauerstoff entzogen wird, sodass neue Verknüpfungen am Kohlenstoff möglich sind. Auf diese Weise können organische Säuren, Alkohole oder Amine hergestellt werden, in denen kontrolliert eine Kohlenstoffeinheit auf Basis von CO2 eingebaut wird. Diese Nutzung von Kohlendioxid und Wasserstoff als sog. C1-Baustein eröffnet völlig neue Synthesewege für diese wichtigen Substanzklassen. „Sie können helfen, teure und potenziell gefährliche Reagenzien zu vermeiden, alternative Kohlenstoffquellen zu erschließen und erneuerbare Energien für chemische Produktionsprozesse nutzbar zu machen“, betont Klankermayer.
Die Aachener Forscher kommen in ihrer Arbeit zur Schlussfolgerung, dass mit dem auf den ersten Blick ungleichen Paar schon heute chemische Prozesse nach den Prinzipien der „Green Chemistry“ gestaltbar sind. Damit würden die Weichen für eine Nutzung erneuerbarer Energien in chemischen Produktionsprozessen gestellt.
