Das Nanomaterial „Mars“ soll eine kostengünstigere Herstellung von Medikamenten und Chemikalien ermöglichen

Die Forscher konzentrierten sich auf die sorgfältige Aufbereitung vieler Chemikalien, die in der Pharma-, Agrar-, Petrochemie- und Lebensmittelindustrie verwendet werden – die sogenannte Hydrierung, also Reaktionen mit molekularem Wasserstoff. Eine der notwendigen Bedingungen zur Beschleunigung und Verbesserung dieser chemischen Reaktionen ist die Verwendung eines Katalysators.

Ziel war es, ein günstiges und ungiftiges Material zu entwickeln, das die Umwandlung organischer Verbindungen kostengünstiger und effizienter machen könnte.

Derzeit werden dafür hauptsächlich Edelmetalle wie Platin, Palladium oder Ruthenium verwendet, was die industrielle Produktion deutlich verteuert. Nickel beispielsweise dient als wirksamer Katalysator, ist aber giftig.

Eisen und Kieselsäure

„Gemeinsam mit unseren deutschen Kollegen haben wir die Prozesse der Hydrierung von Aminen untersucht, die Ausgangs- oder Zwischenprodukte sind, insbesondere bei der Herstellung von Arzneimitteln – die Aminogruppe enthält mehr als 40 Prozent aller Arzneimittel. Aber auch Amine spielen eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Farbstoffen, Kunststoffen, Tensiden, Desinfektionsmitteln oder Agrochemikalien.Bei der Entwicklung des neuen Hydrierkatalysators setzten wir auf Eisen und Kieselsäure, also weit verbreitete, ungiftige und kostengünstige Materialien“, resümiert Manoj Gawande von der Olmützer CATRIN Institut.

Die Herstellung neuer Nanomaterialien ist laut Wissenschaftlern kostengünstig und technisch leicht in den industriellen Maßstab übertragbar. Das Material kann wiederverwendet werden und ist äußerst effektiv bei der Synthese einer Vielzahl von Aminen.

„Dank seiner chemischen Zusammensetzung und Topographie können wir ihn uns als die Oberfläche des Mars vorstellen, nur um ein Vielfaches kleiner. Aus der Quarzmasse wachsen stäbchenförmige Eisen-Nanopartikel, die auf der Oberfläche des Katalysators eine Art Krater bilden. Das Eisen Nanopartikel werden mit einer meterdicken Eisenoxidhülle umhüllt, die sich als entscheidend für das Erreichen hoher Aminausbeuten erweist. Ebenso wichtig ist die Anwesenheit einer geringen Menge an Aluminium“, beschrieb das Material von Radek Zbořil von CATRIN und VŠB-TUO.

Den Zusammenhang zwischen der chemischen Zusammensetzung des Katalysators und seiner außergewöhnlichen Effizienz aufzuklären, sei die größte Herausforderung für das tschechisch-deutsche Team gewesen.

Ein Illustrationsbild der Marsoberfläche: ein Blick auf das Candor Chasma Valley

Foto: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO

Laut Matthias Beller, Leiter des deutschen Teams und Direktor des Leibniz-Instituts für Katalyse in Rostock, handelt es sich um ein „fast magisches Nanomaterial“.

„Alle Komponenten darin haben eine definierte Rolle. Ich glaube, dass diese gemeinsame Arbeit einen großen Einfluss auf die weltweiten Bemühungen haben kann, einen industriell einsetzbaren billigen Katalysator zu finden, der die bisher verwendeten Edelmetalle ersetzen kann und der auch in anderen wichtigen Bereichen funktioniert.“ Reaktionen mit molekularem Wasserstoff“, fügte Beller hinzu.

Erfolgreiche Tests

Forscher haben Nanomaterialien erfolgreich an mehr als 80 organischen Reaktionen getestet, darunter die Synthese sogenannter Fettamine.

Diese werden häufig bei der Herstellung von Agrarchemikalien, Kosmetika, antimikrobiellen Mitteln und vielen anderen Produkten verwendet. Ihr Marktumsatz beträgt nach Angaben von Vertretern der Palacký-Universität über drei Billionen US-Dollar.

Die Ergebnisse der deutsch-tschechischen Forschung wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Catalysis veröffentlicht.

Aldrich Sachs

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