Die Menge fossiler Rohstoffe ist begrenzt und ihre Verbrennung in Fahrzeugmotoren erhöht die CO2-Belastung. Eine Gewinnung von Treibstoffen aus Biomasse als Alternative und Ergänzung ist auf dem Vormarsch. Münchener Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ nun ein neues katalytisches Verfahren vor, mit dem sich Bio-Öle aus Mikroalgen effektiv in Dieselkraftstoffe umwandeln lassen.
Pflanzenöle, etwa aus Sojabohnen und Raps, sind vielversprechende Ausgangsprodukte für die Herstellung von Biotreibstoffen. Eine interessante Alternative zu diesen herkömmlichen ölhaltigen Feldfrüchten sind Mikroalgen. Unter Mikroalgen versteht man als einzelne Zellen oder kurze Zellketten frei im Wasser schwebender Algen, die in fast allen Wasseransammlungen vorkommen und sich gut kultivieren lassen.
Bisherige Verfahren problembehaftet
„Gegenüber ölhaltigen Agrarprodukten haben sie eine ganze Reihe von Vorteilen“, erläutert Professor Johannes A. Lercher von der Technischen Universität München. „Sie wachsen deutlich schneller als landbasierte Biomasse, sie haben einen hohen Anteil an Triglyceriden, und die Treibstoffgewinnung steht nicht wie im terrestrischen Anbau von Ölsaatpflanzen in Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion.“
Die bisherigen Ansätze zum Raffinieren von Öl aus Mikroalgen sind jedoch nach Angaben der Forscher mit verschiedenen Nachteilen behaftet. Entweder hat der entstehende Treibstoff einen zu hohen Sauerstoffgehalt und schlechte Fließeigenschaften bei niedrigen Temperaturen oder man hat mit einem schwefelhaltigen Katalysator zu kämpfen, der das Produkt kontaminieren kann, wieder andere Katalysatoren arbeiten nicht effektiv genug.
Neuartiger Katalysator entwickelt
Die Münchner Wissenschaftler schlagen nun einen neues Verfahren vor, für das sie einen neuartigen Katalysator entwickelt haben: Nickel auf und in einem porösen Träger aus Zeolith HBeta. Damit gelingt ihnen eine nahezu quantitative Umsetzung des rohen, nicht vorbehandelten Algenöls bei milden Bedingungen (260 °C, 40 bar Wasserstoffdruck). „Als Produkt entstehen gesättigte Kohlenwasserstoffe im Dieselbereich, die sich als hochwertige Kraftstoffe für Fahrzeuge eignen“, erklärt Lercher.
Das Öl der verwendeten Mikroalgen bestand hauptsächlich aus neutralen Lipiden, wie Mono-, Di- und Triglyceriden mit ungesättigten C-18-Fettsäuren als Hauptbestanteil (88 Prozent). Nach achtstündiger Reaktion erhielten die Forscher 78 Prozent flüssiger Alkane mit Oktadekan (C18) als Hauptbestandteil. Als gasförmige Nebenprodukte fielen vor allem Propan und Methan an.
Forscher analysieren Reaktionsweg
Eine Analyse des Reaktionswegs ergab den Forschern zufolge eine Kaskadenreaktion. Zunächst werden die Doppelbindungen der ungesättigten Fettsäureketten der Triglyceride mit Wasserstoff gesättigt, danach werden die nunmehr gesättigten Fettsäuren unter Wasserstoffaufnahme vom Glycerin-Baustein abgespalten, der dabei zu Propan regiert.
Im letzten Schritt, so die Wissenschaftler, werden die Säuregruppen der Fettsäuren schrittweise zum entsprechenden Alkan reduziert. (Angewandte Chemie, 2011; doi:10.1002/ange.201106243)
(Presseinformation der Angewandten Chemie / Technische Universität München, 13.01.2012 – DLO)
