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Chemiereport_2016-2

Foto:Chemiereport 61 AustrianLifeScienceschemiereport.at 2016.2 CHEMIE & TECHNIK bonat- und Polyether-Einheiten ent- halten. Die an den Kettenenden freiblei- benden OH-Gruppen können in einem weiteren Schritt mit Diisocyanaten zu Polyurethanen weiterverarbeitet werden. Seit 2010 geht man den Schritt von der Traum-Reaktion zur Traum-Produktion: Im Nachfolgeprojekt „Dream Production“ wird daran gearbeitet, die Ergebnisse aus dem Labor schrittweise in den industri- ellen Maßstab zu übertragen. Im Chem- park Leverkusen ist eine Pilot-Anlage entstanden, in der PPPs im Technikums- maßstab hergestellt werden. Das CO2 dazu stammt aus dem von der RWE Power AG betriebenen Kraftwerk Niederaußem, das bereits über eine Pilotanlage zur CO2 -Abgaswäsche verfügt. An der RWTH Aachen wird parallel dazu eine Ökoeffizi- enz-Analyse des gesamten Pro- zesses durchgeführt. Denn die chemische Nutzung von CO2 ist ökologisch betrachtet nur dann im Vorteil, wenn beim Vergleich mit alternativen stofflichen Nutzungsmöglich- keiten oder der geologischen Speicherung nachgewiesen wird, dass die Umweltauswir- kungen insgesamt niedriger sind. Dabei müssen unter- schiedliche Effekte von CO2 in der Atmosphäre und  in geolo- gischen Speichern berücksich- tigt werden. Das erzeugte PPP wir in weiterer Folge zur Herstel- lung flexibler Schäume ver- wendet, mit denen man bei Bayer/Covestro gute Erfahrun- gen gemacht hat. Die Materi- aleigenschaften entsprechen weitgehend denen herkömm- licher Sorten. Die im Vergleich zu Standard-Polyolen etwas höhere Viskosität der PPPs hat bei der Ver- arbeitung zu Schäumen kaum Probleme verursacht. Im Mai 2014 gab das Unternehmen bekannt, aufgrund der erfolgreichen Test- phase und vielversprechenden Markt- analysen um 15 Millionen Euro eine Pro- duktionslinie am Standort Dormagen zu errichten, in der die auf dieser Basis erhaltenen Polyurethan-Schäume nun im industriellen Maßstab erzeugt werden sollen. Die Kapazität ist auf eine Jahres- produktionsmenge von 5.000 Tonnen aus- gelegt, noch 2016 soll mit der Produktion begonnen werden. Was tun mit dem trägen CO2 ? Bayer ist nicht das einzige Unterneh- men, das an der Umsetzung von CO2 zu Polymeren dran ist. Die englische Firma Econic Technologies zielt direkt auf die Verwendung von Polycarbonaten ab, die durch Copolymerisation von Epoxi- den mit CO2 erzeugt werden und, je nach Rezeptur, bis zu 43 Gewichtsprozent CO2 enthalten. Mithilfe von Additiven kön- nen Kettenlängen und Eigenschaften der Polycarbonate beeinflusst werden. Der amerikanische Hersteller Huntsman hat gemeinsam mit der Firma Novomer eine proprietäre Katalysator-Technologie zur Herstellung von Polycarbonat-Polyolen entwickelt, aus denen sich Polyurethane für Elastomere, Schäume oder Klebstoffe herstellen lassen Von überragender Bedeutung ist in all diesen Fällen die eingesetzte Kata- lysatortechnik. Das reaktionsträge CO2 muss aktiviert werden, um die energeti- sche Schwelle zu einer Reaktion mit dem Epoxid zu erniedrigen. Diese Aufgabe kommt dem Katalysator zu, der ein reak- tives Intermediat bildet, an das beide Reaktanden gebunden sind. Bei Covestro hat man zu diesem Zweck verschiedene Klassen von Katalysatoren untersucht: Sol-Gel-Katalysatoren auf der Basis von Di-Metall-Cyaniden (DMC), homogene Bimetall-Zink-Katalysatoren, Analoga zu sogenannten Salen-Komplexen auf Zn- (III)-Basis. All diesen Typen gemeinsam ist, dass sowohl CO2 als auch das Epoxid an ein metallisches Zentralatom koor- diniert werden, was zur Herabsetzung der Aktivierungsenergie des Reaktions- schritts führt. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Katalysator und Prozess so maßzuschneidern, dass sowohl Ausbeute als auch Selektivität in ausreichendem Maß gegeben ist. Das Potenzial löslicher organischer Übergangsmetallkomplexe ist in der Technischen Chemie schon seit langem bekannt. Auch die Titan- und Zirkoni- um-Verbindungen der berühmten Zieg- ler-Natta-Katalysatoren, die auf breiter Basis zur Herstellung von HD-Polyethy- len verwendet werden, oder die Rho- dium- und Kobaltkomplexe bei der Hydro- formylierung von Alkenen gehörten dieser Klasse an. Der Vorteil dieses Ver- bindungstypus ist, dass das Ligandenumfeld des metalli- schen Zentralatoms auf einen bestimmten Reaktionsverlauf gleichsam maßgeschneidert werden kann. Sowohl in öko- nomischer als auch in ökolo- gischer Hinsicht ist es dabei insbesondere geboten, die gewünschte Hauptsynthese- route gegenüber Nebenreak- tionen zu optimieren. Daher wird heute mit dem ganzen Arsenal spektroskopischer Messmethoden und theore- tischer Berechnungen daran gearbeitet, die genauen Bin- dungsverhältnisse zwischen Katalysator und Reaktanden zu verstehen. Holz als Quelle für Plattformchemikalien Geballte Kompetenz zum Thema ist etwa am Leibniz-In- stitut für Katalyse in Rostock vorhanden. Im Fachbereich „Katalyse mit erneuerbaren Rohstoffen“ werden homo- gene Katalysatoren dazu verwendet, Platt- formchemikalien wie Butadien, Adipo- nitril, Caprolactam und Adipinsäure aus pflanzlichen Rohstoffquellen herzustel- len und sie beispielsweise zu Bausteinen („building blocks“) für Polymere weiter- zuverarbeiten. So lässt sich Hexamethyl- furfural aus Lignocellulose gewinnen und daraus katalytisch in vier Schritten Capro- lactam herstellen. Zum Einsatz kommen dabei in verschiedenen Stufen des Reak- tionsschemas unterschiedliche Kataly- satoren, etwa auf Basis von Ruthenium-, Rhodium- und Rhenium-Komplexen. Neben dem genauen Verständnis der che- mischen Mechanismen ist dabei auch die Entwicklung einer geeigneten Verfahrens- und Reaktionstechnik erforderlich, die gestattet, die ausgetüftelten Prozesse auch in technische Maßstäbe überzuführen. „Das reaktionsträge CO2 muss aktiviert werden, damit es mit dem Epoxid reagieren kann.“ O O C C N N R H H O O R' CO2 + C C O O R' N R N H R N O O H H Isocyanate Polyol Polyurethane CO2 ist Rohstoff für die Polyol-Komponente der Polyurethane.

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