Forscher haben einen neuen Katalysator entwickelt, mit dessen Hilfe sich Wasserstoff einfacher als bisher aus Bioalkohol gewinnen lässt. Das neuartige Verfahren laufe bei besonders milden Bedingungen effektiv ab, berichten die Wissenschftler im Fachmagazin „Angewandte Chemie“. Basis der Methode sei ein Katalysator aus einem Ruthenium-Komplex.
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Mehr als 80 Prozent des weltweiten Energiebedarfs werden noch immer mit fossilen Brennstoffen gedeckt. Die damit verbundenen Umweltprobleme, wie die globale Erwärmung, sind hinlänglich bekannt. Eine effiziente Energieversorgung auf der Basis erneuerbarer Energiequellen wird immer drängender. Die Wasserstofftechnologie, bei der Wasserstoff aus Biomasse erzeugt und in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt wird, gilt daher als ein vielversprechender Ansatz.
Wasserstoffgewinnung aus Alkoholen bisher nur bei großer Hitze
Doch Ethanol und andere Alkohole geben ihre Wasserstoffatome nicht freiwillig heraus, hoch aktive Katalysatoren sind dazu nötig. Bisherige katalytische Verfahren benötigen allerdings recht drastische Reaktionsbedingungen: Temperaturen oberhalb von 200 Grad Celsius und die Anwesenheit starker Basen. Forscher um Matthias Beller vom Leibniz- Institut für Katalyse in Rostock wollten daher einen Katalysator entwickeln, der auch bei deutlich milderen Bedingungen effizient arbeitet.
Dies ist nun geglückt. Der neue Katalysator zeigt eine bisher unerreicht hohe Effizienz bei der Erzeugung von Wasserstoff aus Alkoholen unter milden Reaktionsbedingungen. „Das ist das erste katalytische System, das in der Lage ist, bei Temperaturen unterhalb von 100 Grad und ohne Zugabe von Basen oder weiteren Additiven Wasserstoff aus einfach verfügbarem Ethanol zu gewinnen“, erklärt Beller.
Katalyse auch für Ethanol erfolgreich
Nach ersten erfolgreichen Tests mit einem vergleichsweise einfach umzusetzenden Modellalkohol (Isopropanol) lenkten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf Ethanol, der auch als „Alkohol“ in alkoholischen Getränken bekannt ist. Ethanol gewinnt als erneuerbare Rohstoffquelle zunehmend an Bedeutung, lässt sich aber wesentlich schwerer umsetzen. „Auch mit Ethanol zeigte das neue Katalysatorsystem unter milden Bedingungen von 60 bis 80 °C eine außergewöhnlich gute Umsatzrate“, sagt Beller, „im Vergleich zu bisherigen Katalysatorsystemen liegt sie um fast eine Zehnerpotenz höher.“
Der aktive Katalysator besteht aus einem Ruthenium-Komplex, der sich am Ort der Reaktion bildet: Ausgangspunkt ist ein zentrales Rutheniumatom, das von einem speziellen Liganden von drei Seiten regelrecht in die Zange genommen wird. Als weitere Liganden fungieren ein Kohlenmonoxidmolekül sowie zwei Wasserstoffatome. Beim Erhitzen wird ein Wasserstoffmolekül aus diesem Komplex (H2) freigesetzt. Kommt der verbleibende Komplex nun wieder in Kontakt mit Ethyl- oder Isopropyl-Alkohol, so holt er sich seine beiden Wasserstoffatome einfach wieder – und der Zyklus kann von neuem beginnen.
(Gesellschaft Deutscher Chemiker, 29.09.2011 – NPO)
