Ein ungleiches Paar: Kohlendioxid und Wasserstoff in der chemischen Synthese

  • Katalyse-Forschung in der RWTH Aachen stellt Weichen für die Nutzung erneuerbarer Energien in der chemischen Produktion. Foto: Peter WinandyKatalyse-Forschung in der RWTH Aachen stellt Weichen für die Nutzung erneuerbarer Energien in der chemischen Produktion. Foto: Peter Winandy

Die beiden Gase Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) bilden ein ungleiches Paar, denn aus chemischer Sicht könnten die beiden Moleküle kaum unterschiedlicher sein: Wasserstoff ist hoch reaktiv, wie die bekannte Knallgasreaktion zeigt. Kohlendioxid hat hingegen nur wenig Neigung, neue Bindungen einzugehen. Gemeinsam mit Wasser bildet es beispielsweise nur vorübergehend Kohlensäure. Trotz der Verschiedenheit gibt es ein überraschendes Potenzial dieser Kombination für die Herstellung von Bausteinen und Produkten in der chemischen Wertschöpfungskette. Voraussetzung dafür ist allerdings der Einsatz moderner Katalysatoren. Walter Leitner und Jürgen Klankermayer haben mit ihrem Team im Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen in den letzten Jahren mehrere solcher neuartigen Reaktionen im Labor durchgeführt.

Maßgeschneiderte molekulare Katalysatoren sind demnach in der Lage, nicht nur CO2 und H2 miteinander zu verbinden, sondern gleichzeitig an weitere Reaktionspartner anzudocken. Als einziges Nebenprodukt wird Wasser gebildet, wodurch dem Kohlendioxid der Sauerstoff entzogen wird. Dadurch sind wiederum neue Verknüpfungen am Kohlenstoff möglich. Auf diese Weise können organische Säuren, Alkohole oder Amine hergestellt werden, in denen kontrolliert eine Kohlenstoffeinheit auf Basis von CO2 eingebaut wird. Diese Nutzung von Kohlendioxid und Wasserstoff als so genannter C1-Baustein eröffnet völlig neue Synthesewege für diese wichtigen Substanzklassen. Auf diese Weise könnten teure und potenziell gefährliche Reagenzien vermeiden, alternative Kohlenstoffquellen erschlossen und erneuerbare Energien für chemische Produktionsprozesse nutzbar gemacht werden.

Originalpublikation:
Jürgen Klankermayer und Walter Leitner, Science 350(6261), 629-630 (2015) – DOI: 10.1126/science.aac7997

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