Neuer Edelmetallkatalysator von Heraeus erfolgreich in der Lignin-Umwandlung

Hanau, 31. März 2022

  • Heraeus Precious Metals hat gemeinsam mit der Johannes Kepler Universität Linz einen industriellen Edelmetallkatalysator für eine effiziente Lignin-Umwandlung entwickelt.
  • Der Katalysator bietet beste Voraussetzungen für die Umwandlung des Naturstoffs Lignin zu phenolischen Bausteinen im industriellen Maßstab und wurde bereits zum Patent angemeldet.

Gegenwärtig fließen rund neun Prozent des weltweit geförderten Erdöls in die chemische Industrie und bilden die Grundlage zur Herstellung einer Vielzahl von Produkten, wie Kunststoffe, Medikamente und Farben. Im Hinblick auf den Klimawandel besteht die Notwendigkeit, dass Biomasse als nachwachsender Rohstoff von der Industrie nutzbar gemacht wird. Eine Quelle dazu kann Lignin sein - ein Polymer, das eine große Anzahl an aromatischen Bausteinen enthält. Im Gegensatz zu fossilem Erdöl ist Lignin nachhaltig, da es aus Bäumen und Sträuchern gewonnen wird. Bislang wird Lignin bevorzugt in der Papierherstellung als Energiequelle genutzt, obwohl es auch als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie eingesetzt werden kann.

Heraeus: Lignin
Lignin ist ein Abfallprodukt der Papierherstellung und kann als wertvoller Rohstoff für die chemische Industrie eingesetzt werden.

Eine Herausforderung bestand bisher darin, die Makromoleküle des Lignins im industriellen Maßstab in Monomer- und Oligomer-Einheiten aufzuspalten. Heraeus Precious Metals hat einen industriellen Edelmetallkatalysator entwickelt, der genau diese Aufspaltung gezielt ermöglicht.

Edelmetallkatalysatoren für die effiziente Umwandlung von Lignin

Die Katalysatorleistung hängt unter anderem von den verwendeten Edelmetallvorläuferlösungen und von den Eigenschaften des Trägers ab. Die Entwicklerinnen und Entwickler von Heraeus Precious Metals haben herausgefunden, dass sich das Trägermaterial Hydrotalcit (HTC) aufgrund seiner speziellen Beschaffenheit besonders eignet: Es weist neben aziden auch basische Zentren auf, was sich positiv auf die Reaktion auswirkt. Insbesondere die Erhöhung der Platinbeladung des Katalysators sorgt hierbei für eine bessere Lignin-Umsetzung und eine in der Summe größere Monomer- und Oligomerausbeute. Darüber hinaus unterdrückt die erhöhte Platinbeladung die Koksbildung, wobei die Zugabe von Nickel diesen Effekt verstärkt.

Ergebnisse der Lignin-Umwandlung unter Verwendung von fünf verschiedenen Platinkatalysatoren unter Standard- (A) und optimierten Reaktionsbedingungen (B).

"Wir haben festgestellt, dass heterogene Katalysatoren auf einem Hydrotalcit als Trägermaterial mit einer Edelmetallbeladung von fünf Prozent Platin und einem Prozent Nickel am besten für die vollständige Umwandlung von Lignin funktionieren“, erklärt Dr. Gisa Meißner, Projektleiterin in der Forschungsabteilung für chemische Edelmetall-basierte heterogene Katalysatoren bei Heraeus Precious Metals. Heraeus hat den entwickelten Katalysator für den industriellen Einsatz bereits zum Patent angemeldet.

Die Platinkatalysatoren
Die Platinkatalysatoren von Heraeus ermöglichen die Umwandlung von Lignin in Mono- und Oligomere im industriellen Maßstab.

Die heterogenen Edelmetallkatalysatoren von Heraeus unterliegen einem ökologisch und ökonomisch optimalen Kreislaufsystem: Der deaktivierte Katalysator wird vom Reaktionsgemisch abgetrennt und dem Recyclingkreislauf zugeführt. Das dadurch gewonnene, recycelte Edelmetall kann wiederum in neuen heterogenen Katalysatoren zum Einsatz kommen und somit den gesamten CO2-Fußabdruck des Prozesses verbessern.

Heraeus Precious Metals forscht bereits daran, den eingesetzten Pulverkatalysator durch Pellets zu ersetzen, um ein kontinuierliches Verarbeitungsverfahren in einer großtechnischen Anwendung zu gewährleisten. „Mit unserem Know-how auf dem Gebiet der Edelmetallkatalysatoren sind wir bereit für die wachsenden Märkte im Bereich der Biomasse-Umsetzung“, betont Dr. Meißner. Die neuen Katalysatoren bieten die besten Voraussetzungen dafür, dass die Umwandlung des Naturstoffs Lignin in Polymere wie PET, Kevlar oder Kunstharze wie Phenolharze, in großtechnischen Verfahren möglich wird.

Über Heraeus Precious Metals

Heraeus Precious Metals gehört weltweit zu den führenden Anbietern von Edelmetallservices und -produkten. Wir vereinen alle Tätigkeiten, die sich aus der umfassenden Kompetenz von Heraeus im Edelmetallkreislauf ergeben – vom Handel, über Edelmetallprodukte bis hin zum Recycling.

Heraeus Precious Metals ist einer der weltgrößten Refiner von Platingruppenmetallen (PGM) und gehört zu den führenden Adressen im industriellen Edelmetallhandel. Unsere Edelmetallprodukte finden in vielfältigen Industrien Verwendung, darunter Chemie, Pharmazie, Glas, Elektronik und Automotive. Aufgrund unserer langjährigen Erfahrung und technischen Expertise bieten wir Lösungen und Produkte in höchster Qualität. Dabei stehen wir unseren Kunden als zuverlässiger Entwicklungspartner zur Seite und finden die beste Lösung für seine Anforderungen.

Über Heraeus

Der Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit führendes Portfoliounternehmen in Familienbesitz. Die Wurzeln des Unternehmens reichen zurück auf eine seit 1660 von der Familie betriebene Apotheke. Heraeus bündelt heute eine Vielzahl von Geschäften in den Feldern Umwelt, Elektronik, Gesundheit und industrielle Anwendungen. Kunden profitieren von innovativen Technologien und Lösungen, basierend auf einer breit aufgestellten Materialexpertise und Technologieführerschaft.

Im Geschäftsjahr 2020 erzielte die FORTUNE Global 500 gelistete Gruppe einen Gesamtumsatz von 31,5 Milliarden Euro und beschäftigt rund 14.800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in 40 Ländern. Heraeus zählt zu den Top 10 Familienunternehmen in Deutschland und hat eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten.