Organische Chemie: Süße Konkurrenz zum Erdöl
Es hat viele Krisen und Kriege gedauert, bis die westlichen Industrienationen erkannt haben, dass sie schmerzlich abhängig vom Erdöl sind. Neue Quellen für Energie und Kunststoffe bieten einen Ausweg, der obendrein ökologisch verträglicher ist. Fruchtzucker beispielsweise kann mehr, als nur den Kaffee zu versüßen.
© spektrumdirekt (Ausschnitt)
Das Produkt stammt zum überwiegenden Teil aus politisch instabilen Regionen. Muss über tausende Kilometer in Spezialfahrzeugen transportiert werden. Immer wieder kommt es dabei zu Havarien mit katastrophalen Folgen für die betroffenen Gegenden. Bei seiner Verbrennung setzt es klimaverändernde Gase und gesundheitsschädliche Stoffe frei. Und es wird ständig verbrannt, weil das einer seiner Hauptzwecke ist. Solange es noch welches gibt. Denn die Reserven an Erdöl sehen ihrem Ende entgegen.
Es dürfte schwerfallen, zukünftigen Generationen zu erklären, warum es bis zum Anfang des 21. Jahrhunderts gedauert hat, dass die Menschheit sich nach besseren Alternativen für die Versorgung mit Energie und chemischen Grundstoffen umgesehen hat. Sehr spät nimmt sie die Suche auf – und wird erstaunlich schnell fündig. Nach Biodiesel aus Raps und Sonnenblumen könnte bald ein weiterer Grundstoff in den Startlöchern für eine ökonomisch und ökologisch nachhaltigere Variante stehen: Fruchtzucker.
Wissenschaftlich gesprochen hört es sich ziemlich nüchtern an, was den Wissenschaftlern um James Dumesic von der Universität von Wisconsin-Madison gelungen ist: Sie haben Fruktose zu 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) umgewandelt. Nicht als erste, aber mit dem bislang besten Verfahren. Das wäre auch nicht weiter bemerkenswert, eignete sich nicht HMF als universeller Grundstoff für die Herstellung von Kunststoffen oder Dieseltreibstoff. "Statt die Sonnenenergie zu nutzen, die vor Urzeiten in den fossilen Brennstoffen gespeichert wurde, versuchen wir, das Kohlendioxid und die Sonnenenergie zu verwenden, die heutige Pflanzen aufnehmen", sagt Dumesic. Ein vollständiger Kreislauf also – wenn die Umwandlung im großen Maßstab gelingen sollte.
Bislang können die Forscher im Labor immerhin eine Umwandlungsquote von 80 Prozent vorweisen. Dafür starten sie mit einer dicken wässrigen Zuckerlösung, die bis zur Hälfte aus Fruktose besteht. Saure Katalysatoren wie Salzsäure entreißen den süßen Molekülen Wasser, bis am Ende HMF und einige Nebenprodukte im Wasser schwimmen. Das begehrte HMF geht in ein organisches Lösungsmittel über, aus dem es leicht extrahiert werden kann, ohne den Prozess stoppen zu müssen. Alles in allem ein wohl balanciertes Fließgleichgewicht aus Chemie, Reaktionsbedingungen und Reaktordesign, das bereits zum Patent angemeldet ist.
Das HMF kann in einer Reihe von Reaktionsketten weiterverarbeitet werden und schließlich ebenso als Kunststoffflasche wie als Medikamentengrundlage Produkte auf Erdölbasis ersetzen. Ein Schritt in die richtige Richtung. Und dennoch nur ein Anfang. Denn inzwischen sind Dumesic und sein Team schon mit anderen Methoden zur Umwandlung von Zucker beschäftigt. Sieht ganz so aus, als würde langsam eine neue Zeit anbrechen.
Es dürfte schwerfallen, zukünftigen Generationen zu erklären, warum es bis zum Anfang des 21. Jahrhunderts gedauert hat, dass die Menschheit sich nach besseren Alternativen für die Versorgung mit Energie und chemischen Grundstoffen umgesehen hat. Sehr spät nimmt sie die Suche auf – und wird erstaunlich schnell fündig. Nach Biodiesel aus Raps und Sonnenblumen könnte bald ein weiterer Grundstoff in den Startlöchern für eine ökonomisch und ökologisch nachhaltigere Variante stehen: Fruchtzucker.
Wissenschaftlich gesprochen hört es sich ziemlich nüchtern an, was den Wissenschaftlern um James Dumesic von der Universität von Wisconsin-Madison gelungen ist: Sie haben Fruktose zu 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) umgewandelt. Nicht als erste, aber mit dem bislang besten Verfahren. Das wäre auch nicht weiter bemerkenswert, eignete sich nicht HMF als universeller Grundstoff für die Herstellung von Kunststoffen oder Dieseltreibstoff. "Statt die Sonnenenergie zu nutzen, die vor Urzeiten in den fossilen Brennstoffen gespeichert wurde, versuchen wir, das Kohlendioxid und die Sonnenenergie zu verwenden, die heutige Pflanzen aufnehmen", sagt Dumesic. Ein vollständiger Kreislauf also – wenn die Umwandlung im großen Maßstab gelingen sollte.
Bislang können die Forscher im Labor immerhin eine Umwandlungsquote von 80 Prozent vorweisen. Dafür starten sie mit einer dicken wässrigen Zuckerlösung, die bis zur Hälfte aus Fruktose besteht. Saure Katalysatoren wie Salzsäure entreißen den süßen Molekülen Wasser, bis am Ende HMF und einige Nebenprodukte im Wasser schwimmen. Das begehrte HMF geht in ein organisches Lösungsmittel über, aus dem es leicht extrahiert werden kann, ohne den Prozess stoppen zu müssen. Alles in allem ein wohl balanciertes Fließgleichgewicht aus Chemie, Reaktionsbedingungen und Reaktordesign, das bereits zum Patent angemeldet ist.
Das HMF kann in einer Reihe von Reaktionsketten weiterverarbeitet werden und schließlich ebenso als Kunststoffflasche wie als Medikamentengrundlage Produkte auf Erdölbasis ersetzen. Ein Schritt in die richtige Richtung. Und dennoch nur ein Anfang. Denn inzwischen sind Dumesic und sein Team schon mit anderen Methoden zur Umwandlung von Zucker beschäftigt. Sieht ganz so aus, als würde langsam eine neue Zeit anbrechen.
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