Edelmetalle und Seltene Erden könnten Petrochemie nachhaltiger machen

Neuartiger Katalysator auf Basis strategischer Rohstoffe macht die Herstellung von industriekritischem Propen effizienter und neutralisiert zugleich CO₂.

Es ist einer der wichtigsten Grundstoffe der petrochemischen Industrie: Das Gas Propen dient vor allem zur Herstellung von Kunststoffen und Chemikalien. Der größte Teil des weltweit hergestellten Propens wird für die Produktion von Polypropylen verbraucht, einem weit verbreiteten Kunststoff, der etwa in zahlreichen Fahrzeuginnenräumen, Textilien und Lebensmittelverpackungen steckt.

Doch die Erzeugung von Propen aus Ausgangsstoffen wie Propangas ist energieintensiv, setzt große Mengen an Treibhausgasen frei und kann schädliche Nebenprodukte mit sich bringen. Eine umweltfreundlichere Methode haben Wissenschaftler der japanischen Hokkaido University entwickelt. Das Team um den Materialchemiker Shinya Furukawa bediente sich dabei der sogenannten oxidativen Dehydrierung, bei der Propen mithilfe von Kohlendioxid aus Propan hergestellt wird. Dieses Verfahren gilt als aussichtsreiche Möglichkeit, um die stetig wachsende Nachfrage nach Propen vergleichsweise kostengünstig und effizient decken zu können. Doch bislang fehlte es an geeigneten Katalysatoren für die industrielle Großproduktion. Einen möglichen Kandidaten stellten Furukawa und sein Team in Nature Communications vor: Hocheffizient und hitzestabil sei ihr Katalysator, ohne Leistungseinbußen wiederverwendbar, und zugleich könne er durch einen Nebeneffekt sogar zur Reduzierung von Emissionen beitragen. Denn das eingesetzte Kohlendioxid werde in Kohlenmonoxid umgewandelt, das wiederum zur Herstellung vieler Massenchemikalien genutzt werden kann.

Katalysator mit der vereinten Kraft strategischer Rohstoffe

Der neuartige Katalysator basiert auf einer Reihe strategischer Rohstoffe. Die Forscher verwendeten eine Legierung aus Platin und Zinn auf einem Ceroxid-Träger. Ein Teil der Platin- und Zinnatome wurde anschließend durch die Technologiemetalle Kobalt, Nickel, Indium sowie Gallium ersetzt. Jedes dieser Elemente sollte einen bestimmten Zweck erfüllen. Platin-Zinn-Legierungen sind bereits als effiziente Katalysatoren für die gewünschte Reaktion bekannt. Durch die Zugabe von Nickel und Kobalt wurde unter anderem die Fähigkeit zur Aktivierung von Kohlendioxid erhöht. Indium und Gallium wirkten sich positiv auf die Temperaturstabilität aus. Der Träger auf Basis des Seltenerdmetalls Cer schließlich diente dazu, die Abscheidung des Kohlendioxids und das Spülen des Katalysators zu erleichtern.

Die Arbeit beruht auf einem bereits zuvor entwickelten Katalysator des Forschungsteams, übertreffe diesen jedoch um ein Vielfaches, sagt Furukawa. Die Erkenntnisse könnten einen Beitrag zur Kohlenstoffneutralisierung in der Petrochemie leisten.

Auch interessant: Ein ebenfalls neu entwickelter Flüssigkatalysator aus Platin und Gallium soll großtechnische Prozesse wie die Ammoniakproduktion deutlich günstiger und energieeffizienter machen.

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