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Neuer fester Katalysator für die direkte Niedertemperaturoxidation von Methan zu Methanol
Als Energieträger für Brennstoffzellen oder als Ersatz für Benzin rückt Methanol zunehmend in den Brennpunkt des Interesses - über seine Rolle als wichtiger Grundstoff für die chemische Industrie hinaus. Es ist erheblich effizienter und kostengünstiger zu speichern als Wasserstoff und ließe sich über das bestehende Tankstellennetz verteilen. Wermuthstropfen ist die doch recht aufwendige Synthese von Methanol aus Erdgas oder Erdöl über den Umweg Synthesegas. Als hochinteressante Alternative gehandelt, dann aber wieder fallengelassen wurde die so genannte direkte Niedertemperaturoxidation von Methan zu Methanol. Ein Team um Ferdi Schüth vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim und Markus Antonietti vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam-Golm hat nun einen neuartigen Katalysator entwickelt. Wie die Forscher in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, könnte dieser dem Verfahren einen neuen Aufwind, wenn nicht gar den Durchbruch bescheren.
"Die Entwicklung von Katalysatoren für die direkte Niedertemperaturoxidation von Methan zu Methanol ist eine der bedeutendsten Herausforderungen der letzten Jahrzehnte in der Katalyse," sagt Schüth. Das Problem: Die Bindungen im Methan sind sehr stark und lassen sich nur schwer knacken. Zudem neigt Methanol dazu, unter den entsprechenden Reaktionsbedingungen zu Kohlendioxid weiterzureagieren. Es sind daher nicht nur hochaktive, sondern auch sehr selektive Katalysatoren notwendig.
Ein Durchbruch war die Entwicklung eines Platin-Komplexes durch eine Arbeitsgruppe um Roy Periana, der die Niedertemperaturoxidation von Methan in konzentrierter Schwefelsäure als Reaktionsmedium bei Temperaturen um 200 °C zu Methylsulfat - das sich weiter zu Methanol umsetzen lässt - bei guter Ausbeute und Selektivität katalysiert. Trotz vielversprechender Ergebnisse erschwerten aber unter anderem die aufwendige Abtrennung und das schwierige Recycling dieses gelöst vorliegenden Katalysators eine kommerzielle Anwendung des Verfahrens. Die Entwicklung wurde bis zur Pilotanlage vorangetrieben, dann aber nicht weiter verfolgt. "Ein fester Katalysator, der sich leicht abtrennen lässt, könnte einen solchen Prozess im kleinen Maßstab wieder interessant machen und so eine effektive, dezentrale Nutzung von Erdgas ermöglichen," sagt Schüth.
Den deutschen Wissenschaftlern ist es nun gelungen, einen solchen festen Katalysator zu entwickeln, dessen hohe Aktivität und Selektivität sowie ausgezeichnete Stabilität über etliche Recyclingschritte die Hoffnungen hinsichtlich einer technischen Nutzung rechtfertigen. "Unsere Entwicklung basiert auf einer kürzlich entdeckten Klasse von Hochleistungspolymeren," erklärt Antonietti. Durch Polymerisierung eines ringförmigen Moleküls, eines aromatischen Nitrils, entsteht ein Netzwerk, das der Chemiker "triazinbasiertes Polymer" nennt, abgekürzt als CTF (covalent triazin-based framework). Mit Platin beladen wird daraus ein hochwirksamer, leicht abtrenn- und wiederverwendbarer Katalysator.
Angewandte Chemie: Presseinfo 33/2009
Autor: Ferdi Schüth, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung (Germany), http://www.mpi-muelheim.mpg.de/kofo/mpikofo_home.html
Angewandte Chemie 2009, 121, No. 37, 7042-7045, doi: 10.1002/ange.200902009
Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69495 Weinheim, Germany
Criteria of this press release:
Chemistry, Energy, Traffic / transport
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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