Chemieforscher entdecken Katalysator zur Herstellung

Forschungsergebnisse werden die Herstellung biologisch erneuerbarer Materialien aus Bäumen und Mais ermöglichen

Universität von Minnesota

Bild: Forscher der University of Minnesota haben eine neue Katalysatortechnologie erfunden, die den Prozess verbessert und die Kosten für die Herstellung erneuerbarer Chemikalien, die in einer Vielzahl von Produkten wie Farben, Beschichtungen und Windeln verwendet werden können, erheblich senkt.mehr sehen

Bildnachweis: John Beumer, NSF Center for Sustainable Polymers, University of Minnesota

Ein Team unter der Leitung von Forschern der University of Minnesota Twin Cities hat eine bahnbrechende neue Katalysatortechnologie erfunden, 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 außerdem hocheffizient, was geringere Kosten für die Herstellung erneuerbarer Chemikalien bedeutet.

Die neue Katalysatorformulierung wandelt aus Mais gewonnene, auf Milchsäure basierende Chemikalien in Acrylsäure und Acrylate mit der bislang höchsten Ausbeute um. Im Vergleich zu anderen Klassen führender Katalysatoren weist die Technologie eine wesentlich höhere Leistung auf.

Die Forschung wird online im Journal of the American Chemical Society Gold (JACS Au) veröffentlicht, einem führenden Open-Access-Journal der American Chemical Society.

Das Forschungsteam wurde von der US-amerikanischen National Science Foundation durch das NSF Center for Sustainable Polymers unterstützt, ein multiuniversitäres Kooperationsteam mit der Mission, die Art und Weise, wie Kunststoffe hergestellt, ent- und wieder hergestellt werden, durch innovative Forschung zu verändern.

Der Öffentlichkeit sind Acrylsäure und damit verbundene Acrylate vor allem durch ihre Verwendung in Alltagsgegenständen bekannt, von Farben und Beschichtungen über klebrige Klebstoffe bis hin zu superabsorbierenden Materialien, die in Windeln verwendet werden. Diese Chemikalien und Materialien wurden im letzten Jahrhundert aus fossilen Brennstoffen hergestellt. Aber in den letzten Jahrzehnten ist die Maisindustrie gewachsen und hat sich über die Nahrungs- und Futtermittelindustrie hinaus auf die Herstellung nützlicher Chemikalien ausgeweitet. Eine dieser aus Mais gewonnenen Chemikalien ist nachhaltige Milchsäure, ein wichtiger Bestandteil bei der Herstellung des erneuerbaren und kompostierbaren Kunststoffs, der in vielen alltäglichen Anwendungen verwendet wird.

Mithilfe von Katalysatoren kann Milchsäure auch zu Acrylsäure und Acrylaten umgewandelt werden. Bis zu dieser neuen Katalysatorentdeckung waren herkömmliche Katalysatoren jedoch sehr ineffizient, erzielten niedrige Ausbeuten und machten den Gesamtprozess zu teuer.

„Unsere neue Entdeckung der Katalysatorformulierung erzielt die bislang höchste Ausbeute an Acrylsäure aus Milchsäure“, sagte Paul Dauenhauer, Professor am Department of Chemical Engineering and Materials Science der University of Minnesota. „Wir haben die Leistung unseres neuen Katalysators mit allen früheren Katalysatoren verglichen und die Leistung übertrifft die bisherigen Beispiele bei weitem.“

Die neue Katalysatorformulierung senkt die Kosten für die Herstellung erneuerbarer Acrylsäure und Acrylate 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 gesenkt werden.

Die durch den neuen Katalysator entstehenden wirtschaftlichen Chancen werden von Låkril Technologies genutzt, einem Startup-Unternehmen, das sich die Herstellung kostengünstiger erneuerbarer Acrylsäure und Acrylate zum Ziel gesetzt hat. Durch die Lizenzierung der Katalysatortechnologie von der University of Minnesota wird Låkril Technologies die Technologie über das Labor hinaus weiterentwickeln.

„Die chemische Produktion verlässt sich seit einem halben Jahrhundert auf eine Klasse von Katalysatoren namens ‚Zeolithe‘“, 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 Pre-Seed-Finanzierung in Höhe von 1,4 Millionen US-Dollar erhalten, um den Prozess zu skalieren. Die Iowa Corn Growers Association leitete die Finanzierung unter Beteiligung der Kentucky Corn Growers Association sowie Zuschüssen des Minnesota Corn Research and Promotion Council, des Indiana Corn Marketing Council und des Corn Marketing Council of Michigan sowie Auszeichnungen von Small Business Innovation Research (SBIR). sowohl das US-Landwirtschaftsministerium als auch das US-Energieministerium.

An der University of Minnesota plant das Forschungsteam, seine Grundlagenforschung zum Katalysatordesign fortzusetzen, um die grundlegenden Aspekte der Chemie mit finanzieller Unterstützung des Center for Sustainable Polymers mit Sitz an der University of Minnesota zu verstehen.

„Dies ist ein wunderbares Beispiel dafür, wie die Auseinandersetzung mit wichtigen Fragen der Grundlagenforschung, die im Mittelpunkt der Katalyse stehen, zu innovativen neuen Prozessen führen kann, die technologisch vielversprechend sind“, sagte Marc Hillmyer, Direktor des Center for Sustainable Polymers und Professor am Centre for Sustainable Polymers Fakultät für Chemie der University of Minnesota. „Eine große Herausforderung im Zentrum 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.“

Erfahren Sie mehr über erneuerbare Chemie auf der Website der Dauenhauer Research Group.

JACS Au

10.1021/jacsau.2c00513

Experimentelle Studie

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9. Januar 2023

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