Neue Katalysatortechnologie verbessert das Verfahren und senkt die Kosten für die Herstellung erneuerbarer Chemikalien. (Bild: John Beumer, NSF Center for Sustainable Polymers, University of Minnesota)

Erneuerbare Materialien aus Bäumen und Mais

Publiziert

Ein Team unter der Leitung von Forschern der University of Minnesota Twin Cities hat eine bahnbrechende neue Katalysatortechnologie entwickelt, die erneuerbare Materialien wie Bäume und Mais in die Schlüsselchemikalien Acrylsäure und Acrylate umwandelt, die in Farben, Beschichtungen und superabsorbierenden Polymeren verwendet werden. Die neue Katalysatortechnologie ist zudem hocheffizient, was niedrigere Kosten für die Herstellung erneuerbarer Chemikalien bedeutet.

Die neue Katalysatorformulierung wandelt aus Mais gewonnene Chemikalien auf Milchsäurebasis mit der bisher höchsten Ausbeute in Acrylsäure und Acrylate um. Im Vergleich zu anderen Klassen führender Katalysatoren weist die Technologie eine wesentlich höhere Leistung auf. Die Forschungsergebnisse sind online im Journal of the American Chemical Society Gold(JACS Au), einer führenden Open-Access-Zeitschrift der American Chemical Society, veröffentlicht. Das Forschungsteam wurde von der U.S. National Science Foundation durch das NSF Center for Sustainable Polymers unterstützt, einem Team aus mehreren Universitäten, das sich zum Ziel gesetzt hat, die Art und Weise, wie Kunststoffe hergestellt, entfernt und neu hergestellt werden, durch innovative Forschung zu verändern.

Material kommt in Beschichtungen und Lacken vor
Die Öffentlichkeit ist mit Acrylsäure und verwandten Acrylaten am meisten vertraut, da sie in alltäglichen Gegenständen wie Farben und Beschichtungen, Klebstoffen und superabsorbierenden Materialien in Windeln verwendet werden. Diese Chemikalien und Materialien wurden im letzten Jahrhundert aus fossilen Brennstoffen hergestellt. Doch in den letzten Jahrzehnten hat sich die Maisindustrie über die Herstellung von Lebensmitteln und Viehfutter hinaus auf die Herstellung nützlicher Chemikalien ausgedehnt. Eine solche aus Mais gewonnene Chemikalie ist die nachhaltige Milchsäure, ein Hauptbestandteil bei der Herstellung von erneuerbarem und kompostierbarem Kunststoff, der in vielen alltäglichen Anwendungen eingesetzt wird.
Milchsäure kann mit Hilfe von Katalysatoren auch in Acrylsäure und Acrylate umgewandelt werden. Bis zu dieser neuen Katalysatorentdeckung waren herkömmliche Katalysatoren jedoch sehr ineffizient und erzielten nur geringe Ausbeuten, so dass der gesamte Prozess zu teuer war. "Unsere neu entdeckte Katalysatorformulierung erzielt die bisher höchste Ausbeute an Acrylsäure aus Milchsäure", so Paul Dauenhauer, Professor am Department of Chemical Engineering and Materials Science der University of Minnesota. "Wir haben die Leistung unseres neuen Katalysators mit allen bisherigen Katalysatoren verglichen, und die Leistung übertrifft bei weitem alle bisherigen Beispiele."

Erhebliche Konstensenkung möglich
Die neue Katalysatorformulierung senkt die Kosten für die Herstellung von erneuerbarer Acrylsäure und Acrylaten aus Mais erheblich, indem sie die Ausbeute verbessert und den Abfall reduziert. Dadurch könnte der Preis für erneuerbare Acrylsäure erstmals unter den Preis für Chemikalien aus fossilen Rohstoffen sinken. Die wirtschaftlichen Möglichkeiten, die sich durch den neuen Katalysator ergeben, werden von Låkril Technologies genutzt, einem Start-up, das kostengünstige erneuerbare Acrylsäure und Acrylate herstellen will. Durch die Lizenzierung der Katalysatortechnologie von der University of Minnesota wird Låkril Technologies die Technologie über das Labor hinaus entwickeln.
Die chemische Industrie verlässt sich seit einem halben Jahrhundert auf eine Klasse von Katalysatoren, die Zeolithe" genannt werden", sagt Dr. Chris Nicholas, CEO von Låkril Technologies. "Da die neue Katalysatorentdeckung auf einer Zeolithformulierung basiert, die bereits in grossem Massstab verfügbar ist, wird unser neues Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure und Acrylaten niedrige Kosten bei geringem Risiko erzielen." Låkril Technologies mit Sitz in Chicago hat bereits eine Vorfinanzierung in Höhe von 1,4 Millionen Dollar erhalten, um das Verfahren zu skalieren. Die Iowa Corn Growers Association war federführend bei der Finanzierung, an der sich auch die Kentucky Corn Growers Association beteiligte, sowie Zuschüsse des Minnesota Corn Research and Promotion Council, des Indiana Corn Marketing Council, des Corn Marketing Council of Michigan und SBIR-Zuschüsse (Small Business Innovation Research) des US-Landwirtschaftsministeriums und des US-Energieministeriums.

Grundlagenforschung geht weiter
An der Universität von Minnesota plant das Forschungsteam, seine Grundlagenforschung zum Katalysatordesign fortzusetzen, um die grundlegenden Aspekte der Chemie zu verstehen, mit finanzieller Unterstützung des Zentrums für nachhaltige Polymere, das seinen Sitz an der Universität von Minnesota hat. "Dies ist ein wunderbares Beispiel dafür, wie die Beantwortung wichtiger Fragen der Grundlagenforschung, die den Kern der fundamentalen Katalyse bilden, zu innovativen neuen Prozessen führen kann, die ein echtes technologisches Versprechen darstellen", sagte Marc Hillmyer, Direktor des Zentrums für nachhaltige Polymere und Professor am Fachbereich Chemie der Universität Minnesota. "Eine grosse Herausforderung des Zentrums für nachhaltige Polymere ist die effiziente und nachhaltige Umwandlung von Biomasse in Polymerbestandteile, und diese Arbeit stellt eine bahnbrechende Lösung für diese Herausforderung dar, die nachhaltige Auswirkungen haben wird."

Literatur
Yutong Pang et al.; Multifunctional Amine Modifiers for Selective Dehydration of Methyl Lactate to Acrylates; JACS Au 2023

EVENTS

Filtech

Internationale Fachmesse für Filter- und Trenntechnologie

Datum: 14.-16. Februar 2023

Ort: Köln (D)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 14.-17. Februar 2023

Ort: Nürnberg (D)

Global Industrie

Midest - smart Industries - Industrie - Tolexpo - die weltweit grössten Fachmessen für die Industriezulieferwirtschaft

Datum: 07.-10. März 2023

Ort: Lyon (F)

ZHAW-IFM Day

Der IFM-Day der ZHAW findet als Begegnungstag für FM-Ausbildung und FM-Praxis statt.

Datum: 10. März 2023

Ort: Wädenswil (CH)

Hannover Messe

TRANSFORMING INDUSTRY TOGETHER

Datum: 17.-21. April 2023

Ort: Hannover (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 25.-27. April 2023

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 04.-10. Mai 2023

Ort: Düsseldorf (D)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Nürnberg (D)

LABVOLUTION

Als europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows bildet die LABVOLUTION das gesamte Spektrum der Laborwelt ab und zeigt neue Wege für Anwenderbranchen auf.

Datum: 09.-11. Mai 2023

Ort: Messegelände Hannover (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Interationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 06.-09. Juni 2023

Ort: Palexpo Genf (CH)

Automatica

Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse für Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 27.-30. Juni 2023

Ort: München (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 04.-05. Juli 2023

Ort: Berlin (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 05.-07. September 2023

Ort: Bern (CH)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 13.-16. September 2023

Ort: Düsseldorf (D)

W3+ Fair Rheintal

Europas führende Plattform für Hightech-Innovationen

Datum: 20. -21. September 2023

Ort: Dornbirn (A)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Basel (CH)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 26.-28. September 2023

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Internationale Fachmesse für Persönlichen Schutz, Betriebliche Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit.

Datum: 24.-27. Oktober 2023

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für Wasser, Abwasser und Gas

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 25.-26. Oktober 2023

Ort: Zürich (CH)

IN.STAND

Die Fachmesse für Instandhaltung und Services

Datum: 07.-08. November 2023

Ort: Stuttgart (D)

Swissbau

Die führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft in der Schweiz.

Datum: 16.-19. Januar 2024

Ort: Basel (CH)

analytica

Leitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 09.-12. April 2024

Ort: München (D)

Siams

Die Messe der Produktionsmittel der Mikrotechnik

Datum: 16.-19. April 2024

Ort: Halle d'Exposition, Moutier (CH)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 13.-17. Mai 2024

Ort: München (D)

drupa

Weltweit führenden Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai - 07. Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheitSchweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz & Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Bern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des Globalen Wasserkreislaufs

Datum: 2024

Ort: Bulle (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

Ifas

Fachmesse für Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Digital (CH)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

all4pack Paris

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

Bezugsquellenverzeichnis