Einkristall der Eisen-Aluminium-Verbindung, die einen wichtigen Syntheseschritt bei der Produktion von Polyethylen katalysiert. Bisher nutzt die Industrie dafür einen teuren, palladiumhaltigen Katalysator (Foto: Forschungszentrum Jülich)
Damit Plastiktüten aus Polyethylen nicht schon bei geringer Belastung reißen, darf das Ausgangsmaterial Ethen (Ethylen) nicht mit Ethin (Acetylen) verunreinigt sein. Beides wird aus Erdöl erzeugt und lässt sich schwer voneinander trennen. Deshalb wird Ethin für die Kunststoffproduktion mit Hilfe von Palladium zu Ethen verarbeitet. Der teure Katalysator kann zukünftig möglicherweise durch eine Verbindung aus Eisen und Aluminium (Al13Fe4) ersetzt werden. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, des Max-Planck-Instituts für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, des Fritz-Haber-Instituts in Berlin, der LMU München sowie des Budapester Zentrums für Energieforschung schlagen das Material als Ersatz vor, da es Ethin genauso effizient zu Ethen hydriert wie edelmetallhaltige Katalysatoren.
Zum Erfolg führte ein systematisches Vorgehen: Die Forscher nutzten dabei das Wissen, wie die Reaktion am Palladium genau stattfindet, folgerten daraus die notwendigen Eigenschaften des Katalysators und suchten nach einem passenden Material. Als geeignet erwiesen sich Eisen und Aluminium in Form einer so genannten komplexen intermetallischen Verbindung. Hergestellt wurden die getesteten Materialien mittels der Czochralski-Methode am Jülicher Peter Grünberg Institut und an der LMU München.
Der neue entwickelte Katalysator muss sich allerdings noch in der großtechnischen Anwendung bewähren, bevor die Industrie mit dem neuen Katalysator die Kosten der Polyethylen-Produktion senken kann. Gegebenenfalls könnte der Katalysator auch bei der Produktion anderer Kunststoffe seine Qualität als selektiver Wasserstoffvermittler ausspielen.
Denn die Forscher wollen weiter systematisch nach Katalysatoren für andere Reaktionen suchen, verstärkt im Bereich der alternativen Energieversorgung: Dafür untersuchen sie weitere komplexe intermetallische Verbindungen, zum Beispiel im Hinblick auf ihre Eignung für die Umwandlung von Methan in Wasserstoff, wie er etwa zum Antrieb von Wasserstoff-Autos benötigt wird.
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Die Originalveröffentlichung „Al13Fe4 as a low-cost alternative for palladium in heterogeneous hydrogenation“ von M. Armbrüster et al. findet sich in Nature Materials (2012); DOI: 10.1038/NMAT 3347.
(dw)