11.02.2011

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Diesel aus Abfall

Einfacher, energieeffizienter Prozess: Herstellung hochwertiger Treibstoffe aus Biomasse

Biodiesel in Form von Fettsäuremethylestern wurde in den letzten zehn Jahren als Ersatz für fossilen Dieselkraftstoff gefördert. Nicht unproblematisch, wie bald klar wurde, denn die notwendigen Pflanzen, etwa Raps, beanspruchen Kulturflächen, die dann nicht mehr für den Anbau von Lebensmitteln zur Verfügung stehen. Eine zweite Generation Biodiesel soll nun aus Pflanzenabfällen gewonnen werden. Avelino Corma und sein Team an der Universidad Politécnica de Valencia (Spanien) stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen vielversprechenden neuen Ansatz vor, der energieeffizient arbeitet und sehr hochwertigen Biodiesel-Treibstoff liefert.

Die verwertbaren Teile von Biomasse, wie Haferspelzen, Mandelschalen, Bagasse (faserige Reste der Zuckerproduktion aus Zuckerrohr), Schalen von Sonnenblumenkernen, Maiskolben, Reste der Olivenölgewinnung, sind hauptsächlich celluloseartige Kohlenhydrate. "Eine ganze Reihe verschiedener Ansätze wurde inzwischen entwickelt", berichtet Corma, "viele davon kranken aber an einer ungünstigen Energiebilanz, da sie selber recht viel Energie benötigen."

Corma und seinem Team ist es nun gelungen, ein einfaches, kostengünstiges Verfahren zu entwickeln, das energieeffizient arbeitet und zudem keine organischen Lösungsmittel braucht. Erster Schritt ist die Umsetzung der Biomasse zu Furfural, ein etablierter industrieller Prozess. In Abwandlung eines weiteren gängigen Verfahrens lässt sich daraus hochselektiv 2-Methyl-Furfural (2MF) herstellen, ein Ring aus vier Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom, der eine Methylgruppe (-CH3) als Seitenkette trägt.

"Dieses 2MF ist Ausgangprodukt unserer neuen Dieselsynthese", so Corma. Zunächst werden drei Moleküle 2MF miteinander verknüpft. Gebraucht werden dazu nur Wasser und eine Säure als Katalysator. Dabei öffnet sich ein Drittel der Ringe und knüpft sich an je zwei weitere (Hydroxyalkylierung/Alkylierung). Die wässrige Phase, die auch den Katalysator enthält, trennt sich von selbst von der organischen Phase mit dem Zwischenprodukt ab und kann einfach entfernt werden, der Katalysator lässt sich recyceln. In einer zweiten Reaktion müssen noch die beiden anderen Ringe geöffnet und die Sauerstoffatome entfernt werden. Das geht katalytisch mit einem speziellen platinhaltigen Katalysator (Hydrodeoxygenierung).

"Am Ende erreichten wir 87% der Produkte der Dieselfraktion in Form verzweigter Kohlenwasserstoffketten mit neun bis 16 Kohlenstoffatomen", so Corma. "Das ist die beste bisher in der Literatur berichtete Ausbeute für Biodieselsynthesen." Gasförmige und leichtere Nebenprodukte lassen sich zur Wärmeerzeugung nutzen. Der entstehende Biodiesel hat eine ausgezeichnete Qualität (Cetanzahl 71, Pourpoint -90 °C) und kann direkt mit konventionellen Dieselkraftstoffen gemischt werden.

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