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Ein deutsch-chinesisches Forschungsteam hat einen neuen Syntheseweg gefunden, um aus Biomasse Biosprit herzustellen. Die Chemikerinnen und Chemiker wandelten die aus Biomasse erzeugte Substanz 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) in 2,5-Dimethylfuran (DMF) um, das sich als Biokraftstoff eignen könnte. Im Vergleich zu früheren Verfahren erzielten sie eine höhere Ausbeute und Selektivität bei milderen Reaktionsbedingungen. Das Team um Dr. Baoxiang Peng und Prof. Dr. Martin Muhler vom Lehrstuhl für Technische Chemie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) sowie die Gruppe um Prof. Dr. Christof Hättig vom RUB-Lehrstuhl für Theoretische Chemie beschreibt die Methode zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Changzhou, China, in der Zeitschrift Angewandte Chemie. Die finale Version des Artikels ist seit dem 22. Januar 2021 online.

Die Arbeiten waren Teil der deutsch-chinesischen Forschungskooperation „Novel Functional Materials for Sustainable Chemistry“, die die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt.

Besserer Kraftstoff als Ethanol

„DMF würde sich gut als Biosprit eignen, weil es eine höhere Oktanzahl hat als Ethanol, eine bessere Energieintensität und mit 92 bis 94 Grad Celsius einen idealen Siedepunkt“, erklärt Baoxiang Peng. Obwohl die Umwandlung von HMF in DMF intensiv erforscht wird, gibt es einige Hürden. So erfordert die DMF-Produktion relativ harsche Reaktionsbedingungen, zum Beispiel einen hohen Wasserstoffdruck, und oft entsteht nur wenig von dem gewünschten Produkt, während sich unerwünschte Nebenprodukte bilden. Forscherinnen und Forscher suchen daher nach Wegen, die Reaktion bei milderen Bedingungen effizient ablaufen zu lassen. Das gelang in der aktuellen Arbeit.

Ameisensäure als Schlüssel zum Erfolg

Das Team ließ die Reaktion in Anwesenheit von Ameisensäure und Wasserstoff stattfinden. Als Katalysator verwendeten die Chemiker Palladium-Nanopartikel. Sie erzielten damit fünfmal höhere Reaktionsgeschwindigkeit als mit früheren Verfahren. Gerade der Zusatz von Ameisensäure spielte eine entscheidende Rolle, um günstige Reaktionsbedingungen zu schaffen, wie die Forscher in detaillierten Untersuchungen zeigten.

Sie führten die Reaktion mit verschiedenen Zusätzen durch und verglichen die Umsätze und die Selektivität, die in Anwesenheit von Ameisensäure am besten waren. Die Substanz begünstigt einen schnelleren Reaktionspfad und verhindert gleichzeitig, dass unerwünschte Zwischenstufen auftreten.