Prof. Dr. Ferdi Schüth
Director
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der RuhrTelefon: +49 208 306-2373
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Roberto Rinaldi
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der RuhrE-Mail: rinaldi@mpi-muelheim.mpg.de
Chemie . Materialwissenschaften
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An nachwachsenden Rohstoffen mangelt es der Erde nicht. Für Bioethanol der zweiten Generation werden schon nicht mehr stärke- oder zuckerhaltige haltige Pflanzen verwendet, deren Anbau mit der Produktion von Nahrungsmitteln konkurriert, sondern Holzabfälle und Stroh. Beides ließe sich aber auch chemisch umformen in Industrierohstoffe. Zumindest für den Bedarf der Chemieproduktion würde der für Menschen unverdauliche pflanzliche Abfall allein wahrscheinlich ausreichen.
Ein Paradigmenwechsel in der Chemie
Klingt eigentlich einfach – ist es aber nicht. Weil die chemische Zusammensetzung von Biomasse eben ganz anders ist als die von Erdöl. Letzteres ist ein Gemisch aus eher unspektakulären langkettigen, cyclischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen. Es besteht fast vollständig aus Kohlenstoff und Wasserstoff. In Biomasse stecken hingegen wesentlich komplexere Moleküle. Hauptbestandteil sind zu Stärke oder Cellulose verkettete Zucker – mit einem beachtlichen Sauerstoffanteil.
Zwar kann Biomasse zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt werden. Aus diesem sogenannten Synthesegas lassen sich dann peu à peu Kohlenwasserstoffe und andere Klassen von Molekülen neu aufbauen. Aber welche Verschwendung über Jahrmillionen verfeinerter Synthesekunst der Natur ist das denn? Gezielte Demontage zu industriell gefragten Bausteinen wäre viel raffinierter. Und eleganter. „Über die letzten 100 Jahre haben wir selektive Funktionalisierungs-Reaktionen entwickelt“, betont Schüth. Damit meint er, dass Chemiker Moleküle gezielt etwa zu Alkoholen oder Säuren oxidieren. „Nun müssen wir im Prinzip eine völlig neue Chemie schaffen. Zur Defunktionalisierung.“ Nun sollen etwa aus Zuckermolekülen mit vielen Hydroxylgruppen einige oder alle dieser Alkoholfunktionen wieder verschwinden. Ein Paradigmenwechsel ist im Gange. Spannende Zeiten für Chemiker.
Dass inmitten einer ehemaligen Steinkohleabbauregion für die Nach-Erdöl-Ära geforscht wird, kommt nicht von ungefähr. Basiswissen wurde bereits am 1912 gegründeten Kaiser-Wilhelm-Institut für Kohlenforschung generiert, dem Vorgänger des Max-Planck-Instituts. Getrieben durch die wachsende Motorisierung, entwickelten Franz Fischer und Hans Tropsch hier 1925 ein großtechnisches Verfahren zur Kohleverflüssigung. Steinkohle wurde dabei zunächst durch teilweise Oxidation bei über 1000 Grad Celsius und Vergasung mit Wasserdampf in Synthesegas umgewandelt – jenes Kohlenmonoxid-Wasserstoff-Gemisch. In einer zweiten Reaktion – unter Katalyse, bei hohem Druck und Temperaturen zwischen 160 und 350 Grad Celsius – bildeten sich daraus flüssige Kohlenwasserstoffe. Geeignet als Dieselkraftstoff oder Grundstoff für die Chemische Industrie.
Große Bedeutung erlangte die Fischer-Tropsch-Synthese in Deutschlands dunkelster Epoche. Im Dritten Reiches wurde Kraftstoff „kriegswichtig“. Bis 1945 entstanden im ehemaligen deutschen Reichsgebiet neun Großanlagen mit der Gesamtkapazität, 600.000 Tonnen synthetischen Diesel pro Jahr aus heimischer Kohle zu gewinnen. Produziert wurde zum Teil mit Zwangsarbeitern und in KZ-Außenlagern.
