Kemister vid Ruhr-Universität Bochum (RUB) har utvecklat en ny, lågkostnadskatalysator för plasttillverkning. Det förvandlar en bioraffinaderiprodukt till ett utgångsmaterial för syntes av plast, som skulle kunna utgöra ett hållbart alternativ till utbredd PET. På samma gång, den potentiella energikällan väte kan också bildas under reaktionen. Under studien, teamet kring Dr Stefan Barwe och Prof Dr Wolfgang Schuhmann från Bochum-baserade Center for Electrochemical Sciences samarbetade med RUB Laboratory of Industrial Chemistry under ledning av Prof Dr Martin Muhler. Forskarna beskriver arbetet i tidskriften Angewandte Chemie från 9 juli 2018.

"Vi skulle kunna ta ett stort steg mot en hållbar kemiindustri om vi inte använde råolja som utgångsmaterial, utan snarare biomassa som inte används som livsmedel, säger Wolfgang Schuhmann.

Ett alternativ till PET

I deras studie, de Bochum-baserade forskarna presenterar en nickelboridkatalysator som – eftersom den inte innehåller några ädelmetaller – är lättillgänglig och prisvärd jämfört med många andra katalysatorer. Det kan förvandla bioraffinaderiprodukten HMF (5-hydroximetyl-furfural) till FDCA (2, 5-furandikarboxylsyra). "FDCA är intressant för industrin eftersom det kan bearbetas till polyestrar, " förklarar Stefan Barwe. "PEF, ett alternativ till PET, kan alltså produceras – och allt detta är baserat på förnybara råvaror, dvs växter."

I de tester som utfördes av det Bochum-baserade teamet, katalysatorn förvandlade 98,5 procent av utgångsmaterialet HMF till FDCA på en halvtimme; inga restprodukter skapas. "Vi har också designat katalysatorn på ett sådant sätt att den är effektiv under samma förhållanden som väteproduktionen också är framgångsrik, Stefan Barwe beskriver ytterligare en fördel med utvecklingen. Forskarna kunde därmed också använda utgångsmaterialet för att syntetisera väte som en potentiell energikälla. Vätgas hämtas vanligtvis från vatten med hjälp av elektrolys, som också producerar syre. Det särskilt energikrävande reaktionssteget, syreutveckling, eliminerades när forskarna kopplade ihop väteutveckling och FDCA-produktion.

Teamet klargjorde också reaktionen steg för steg med hjälp av elektrokemiska metoder och infraröd spektroskopi. För första gången, kemisterna kunde i realtid spåra vilka mellanprodukter som förvandlar HMF till FDCA.