Nicht nur im Auspuffrohr, sondern auch bei unendlich vielen Prozessen in der chemischen Industrie steigern Katalysatoren die Ausbeute und senken die Kosten. Besonders fein verteilte und auch gelöste Substanzen beschleunigen die Reaktionen mit hoher Effizienz, können aber nur schwer wieder vom flüssigen Produkt getrennt und wiederverwendet werden. Amerikanische Forscher entwickelten nun ein umweltschonendes Katalysatormaterial, das sich vor der Reaktion in der Prozessflüssigkeit auflöst und nach Abschluss ohne Zusatz von Lösungsmitteln wieder als feste Substanz ausfällt und wiederverwendet werden kann. Diesen neuen Weg hin zu einer “grünen” Chemie präsentieren die Forscher im Fachblatt Nature (Vol. 424, S: 530).
“Diese Methode des Kat-Recyclings zeigt signifikante Vorteile, da sie ohne Lösungsmittel oder Temperaturänderungen abläuft”, berichten die Chemiker Vladimir Dioumaev und Morris Bullock vom Brookhaven National Laboratory in Upton. Das Prinzip ihres neuen Katalysators demonstrierten sie in einer Modellreaktion, bei der flüssiges Keton in ein Alkoxysilan überführt wird. Diese Substanzen spielen in der chemischen Industrie eine große Rolle, da sie Vorläuferprodukte für die Herstellung siliziumhaltiger Polymere und Keramiken darstellen.
Als Katalysator dienten ihnen Molybdän- und Wolframkomplexe, die im polaren Ausgangsstoff, dem Keton, gelöst werden und die Reaktion so optimal unterstützen. Das Endprodukt – auch eine Flüssigkeit, aber unpolar – kann den Metallkomplex dagegen nicht mehr lösen, so dass er ausfällt. Ohne den Zusatz weiterer Lösungsmittel lässt er sich zurückgewinnen und für den nächsten Produktionszyklus verwenden.
“Dieses Verhalten kann bei ionischen Komplexen beobachtet werden”, so Dioumaev und Bullock. “Ein idealer Katalysator bleibt löslich, bis das letzte Molekül der Ausgangssubstanz verbraucht wurde.” Nachdem sie an dieser Beispielreaktion gezeigt haben, dass solche Prozesse im Prinzip möglich sind, denken sie an die Entwicklung maßgeschneiderter Katalysatoren für andere Reaktionen. Voraussetzung ist im wesentlichen das unterschiedliche Lösungsverhalten der Ausgangsmaterialien im Vergleich zu den Endprodukten.
Gelingt dieser Weg hin zu einer “Grünen Chemie” lässt sich nicht nur die Umwelt durch eingesparte Lösungsmittel schonen. Auch die Herstellungskosten könnten signifikant gesenkt werden.
Jan Oliver Löfken
