Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie (ITMC)

 

Forschungsausrichtung der Arbeitsgruppe

Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der Entwicklung heterogener Katalysatoren für die effiziente Nutzung konventioneller und erneuerbarer Rohstoffe und auf der Prozessentwicklung zur Umwandlung von Biomasse in Ausgangsstoffe der chemischen Industrie und potentielle Biotreibstoffe .

Die Arbeitsschwerpunkte liegen dabei derzeit auf:

  • der Katalysator- und Prozessentwicklung zur effizienten Nutzung nachwachsender Rohstoffe
  • der Mehrphasenkatalyse zur Integration von katalytischer Umwandlung und Trenntechnik
  • dem Design fester Katalysatoren auf molekularer Ebene als Brückenschlag zwischen homogener und heterogener Katalyse
  • der Materialentwicklung für Herausforderungen der Energiebereitstellung und Umwelttechnik

Verfahren zur effizienten Nutzung nachwachsender Rohstoffe

Unsere Forschung zur Entwicklung effizienter Verfahren zur Nutzung von Biomasse mit besonderem Fokus auf der Prozessentwicklung für Entwicklungs- und Schwellenländer werden im Rahmen der Robert Bosch Juniorprofessur zur Nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen gefördert.

Der Forschungsbereich umfasst die Entwicklung katalysierter Niedrigtemperatur-Verfahren zur effizienten Biomassenutzung aus Rest- und Abfallströmen mit besonderem Fokus auf der Katalysator- und Prozessentwicklung für Entwicklungs- und Schwellenländer. Vorrangige Herausforderungen beinhalten daher neben dem Prozessdesign die Entwicklung geeigneter edelmetallfreier Katalysatoren, die nicht nur hochaktiv sondern auch resistent gegenüber natürlichen Inhaltsstoffen von Pflanzenmaterial sind, eine energieeffiziente Verarbeitung bei moderaten Temperaturen in wässriger Phase zulassen.

Gefördert durch: Robert Bosch Stiftung

Molekular inspirierte feste Katalysatoren zur Oxidation von Methan zu Methanol

Die effiziente Nutzung von Erdgasreserven als Energiequelle und als chemischer Rohstoff gewinnt aufgrund weltweit abnehmender Ölvorräte zunehmend an Bedeutung. Die geringe Dichte von Erdgas erschwert allerdings Transport und Lagerung. Daher sind effiziente und ökonomische Technologien notwendig, um Erdgas dezentral in flüssige und damit besser transportable Produkte zu überführen. Die direkte Niedrigtemperatur-Oxidation von Methan zu Methanol stellt eine interessante Alternativtechnologie dar. Unsere Untersuchungen konzentrieren sich dabei auf die Entwicklung von Katalysatoren auf Polymerbasis, die es erlauben Metallzentren im Material zu koordinieren. Das Projekt zielt neben der reinen Katalysatorentwicklung außerdem auf ein Verständnis der Materialien auf molekularer Ebene, um so Rückschlüsse auf Struktur-Aktivitäts-Beziehungen zu erlauben und eine gerichtete Entwicklung solcher Katalysatoren zu ermöglichen.

Gefördert durch: EnerChem

Entwicklung von edelmetallfreien Katalysatoren für die Ammoniakzersetzung

Die Bedeutung der Ammoniaksynthese zeigt sich nicht zuletzt in den drei Nobelpreisen für Haber, Bosch und Ertl. Derzeit erregt allerdings auch die Ammoniakzersetzung Aufmerksamkeit, zum einen, um Ammoniakreste im Synthesegas aus der Kohle- oder Biomassevergasung umzusetzen, zunehmend aber auch als Möglichkeit lokal COx-freien Wasserstoff für Brennstoffzellen bereitzustellen. Wir arbeiten in diesem Zusammenhang an der Entwicklung neuartiger edelmetallfreier Katalysatoren, die die Ammoniakzersetzung bei möglichst niedrigen Temperaturen ermöglichen sollen. Die Katalysatorentwicklung konzentriert sich dabei auf Materialien mit Strukturierung auf der Nanometerebene ebenso wie auf Metallnanopartikel geträgert auf Kohle- und Oxidmaterialien mit modifizierten Porensystemen. Faktoren wie Mikro-, Meso- und Makroporensystem des Materials spielen dabei ebenso eine Rolle wie Promotoren.

Gefördert durch: EnerChem

Katalysatoren zur hydrolytischen Hydrierung von Cellulose in Mono- und Polyole

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung kombinierter fester Säure- und edelmetallfreier Hydrierkatalysatoren für die hydrolytische Hydrierung (Hydrogenolyse) der Cellulose. Cellulose bietet sich als erneuerbarer Rohstoff an. Die sauer katalysierte Cellulosehydrolyse führt allerdings neben Zuckern zu Folgeprodukten wie Furfuralen und Lävulinsäure, die bereits in geringer Konzentration eine enzymatische Verarbeitung der Zucker behindern. Eine Hydrogenolyse der Cellulose führt dagegen zu Zuckeralkoholen und C1-C3-Alkoholen. Weitere Nebenprodukte werden nicht gebildet. Unsere Untersuchungen konzentrieren sich auf die Entwicklung bifunktionaler Katalysatoren durch Kombination fester Säure- und edelmetallfreien Hydrierkatalysatoren, die eine effiziente Umsetzung bei deutlich niedrigeren Reaktionstemperaturen ermöglichen.

Gefördert durch: TMFB and Robert Bosch Stiftung

Reaktions- und katalysatorsysteme zur Gewinnung zuckerbasierter Monomere

2,5-Furandicarbonsäure (FDC) bietet sich als biomassebasierte Alternative zu Terephthalsäure an. FDC kann durch Dehydratisierung von Zuckern zu 5-Hydroxymethylfurfural und Weiteroxidation zu FDC gewonnen werden. Abhängig von der Prozessführung ergeben sich dabei verschiedene Anforderungen an den Katalysator. Es werden Ein- und Mehrphasensysteme untersucht. Für Einphasensysteme bieten dich Oxidationskatalysatoren auf der Basis geträgerter Vanadium- und Cobaltoxide an. Daneben werden Zweiphasensysteme untersucht, wobei Dehydratisierung und direkte Weiteroxidation in den zwei Lösungsmittelphasen parallel durchgeführt und entsprechend abgestimmte Katalysatorsysteme für die zwei Reaktionsschritte entwickelt werden.

Gefördert durch: NETZ und Robert Bosch Stiftung