Gegenwärtig fließen 9% des weltweit geförderten Erdöls in die chemische Industrie und bilden die Grundlage zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten, wie Kunststoffe, Medikamente und Farben. Im Hinblick auf den Klimawandel besteht die Notwendigkeit, dass Biomasse als nachwachsender Rohstoff von der Industrie nutzbar gemacht wird. Eine Quelle dazu kann Lignin sein - ein Polymer, das eine große Anzahl an aromatischen Bausteinen enthält. Im Gegensatz zu fossilem Erdöl ist Lignin nachhaltig, da es aus Bäumen und Sträuchern gewonnen wird. Bislang wird Lignin bevorzugt in der Papierherstellung als Energiequelle genutzt, obwohl es auch als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie eingesetzt werden kann.

Eine Herausforderung bestand bisher darin, die Makromoleküle des Lignins im industriellen Maßstab in Monomer- und Oligomer-Einheiten aufzuspalten. Heraeus Precious Metals hat einen industriellen Edelmetallkatalysator entwickelt, der genau diese Aufspaltung gezielt ermöglicht.

Edelmetallkatalysatoren für die effiziente Umwandlung von Lignin
Die Katalysatorleistung hängt unter anderem von den verwendeten Edelmetallvorläuferlösungen und von den Eigenschaften des Trägers ab. Die Entwicklerinnen und Entwickler von Heraeus Precious Metals haben herausgefunden, dass sich das Trägermaterial Hydrotalcit (HTC) aufgrund seiner speziellen Beschaffenheit besonders eignet: Es weist neben aziden auch basische Zentren auf, was sich positiv auf die Reaktion auswirkt. Insbesondere die Erhöhung der Platinbeladung des Katalysators sorgt hierbei für eine bessere Lignin-Umsetzung und eine in der Summe größere Monomer- und Oligomerausbeute. Darüber hinaus unterdrückt die erhöhte Platinbeladung die Koksbildung, wobei die Zugabe von Nickel diesen Effekt verstärkt.

„Wir haben festgestellt, dass heterogene Katalysatoren auf einem Hydrotalcit als Trägermaterial mit einer Edelmetallbeladung von fünf Prozent Platin und einem Prozent Nickel am besten für die vollständige Umwandlung von Lignin funktionieren“, erklärt Gisa Meißner, Projektleiterin in der Forschungsabteilung für chemische Edelmetall-basierte heterogene Katalysatoren bei Heraeus Precious Metals. Heraeus hat den entwickelten Katalysator für den industriellen Einsatz bereits zum Patent angemeldet.

Die heterogenen Edelmetallkatalysatoren von Heraeus unterliegen 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 des Prozesses verbessern.

Heraeus Precious Metals forscht bereits daran, den eingesetzten Pulverkatalysator durch Pellets zu ersetzen, um ein kontinuierliches Verarbeitungsverfahren in einer großtechnischen Anwendung zu gewährleisten. „Mit unserem Know-how auf dem Gebiet der Edelmetallkatalysatoren sind wir bereit für die wachsenden Märkte im Bereich der Biomasse-Umsetzung“, betont Meißner. Die neuen Katalysatoren bieten die besten Voraussetzungen dafür, dass die Umwandlung des Naturstoffs Lignin in Polymere wie PET, Kevlar oder Kunstharze wie Phenolharze, in großtechnischen Verfahren möglich wird.