Furanderivate aus nachwachsenden Kohlehydratquellen – Entwicklung von Batch- und kontinuierlichen Prozessen
Nachwachsende Rohstoffe sollen Erdöl immer mehr ersetzen. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung gelang durch Entwicklung eines Verfahrens, mit dem man aus zellulosehaltigen Bio-Materialien wie Stroh das Intermediat HMF herstellen kann. Dieser chemische Baustein kann einerseits für Biotreibstoffadditiva oder andererseits für die Erzeugung von Bio-Kunststoffen genutzt werden. Die Methode wurde mehrfach patentiert und ist im industriellen Maßstab einsetzbar.
Moleküle in fossilen Treibstoffen haben normalerweise fettähnliche Eigenschaften – im Gegensatz zu den wasserähnlichen chemischen Bausteinen, die aus nachwachsenden Quellen gewonnen werden können. Im Rahmen von Dehydratisierungsreaktionen ist es möglich, aus zellstoffhaltigen Ausgangsmaterialien wie Stroh unter anderem das vielseitig verwendbare Molekül HMF (5-Hydroxymethylfurfural) herzustellen. HMF kann dann zu Chemikalien weiterverarbeitet werden, die sich zum Verbessern von Biotreibstoffen eignen und eine extrem hohe Oktanzahl von bis zu 131 haben.
Ein weiteres Anwendungsgebiet von HMF ist in der Herstellung von Polymeren zum Ersatz von PET (Polyethylenterephthalat), aus dem heute der Großteil der Plastikflaschen gemacht werden. Beim Ersatz eines Hauptbestandteils (Terephthalsäure) durch die biogene Alternative FDCA (Furandicarbonsäure) entsteht statt PET das umweltfreundlichere Polymer PEF (Polyethylenfuranoat). Die chemische Ähnlichkeit beider Polymere und die verbesserten Eigenschaften von PEF in Bezug auf die Gasdurchlässigkeit spiegeln sich in einem Marktpotential von über 50.000 Tonnen Polymer pro Jahr alleine in Österreich wieder.
Eine große Herausforderung stellte die Entwicklung der passenden Reaktortechnologie dar. Die Reaktionsbedingungen mussten mit großtechnischen Rahmenbedingungen kompatibel sein – wobei Sicherheit und kontinuierliche Reaktionsführung im Vordergrund standen. Durch moderne Durchfluss-Mikroreaktortechnologie wurde es möglich, chemische Reaktionen, die nur bei hohen Drücken und Temperaturen ablaufen, unter Berücksichtigung wichtiger Sicherheitsaspekte durchzuführen.