Neuer Kat macht Kunststoff schneller zu Sprit
Forscher der University of Delaware bringen wirtschaftliche Umwandlung von Abfällen in Sicht
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Doktorand Ali Kamali mit dem ersten Sprit aus Plastik (Foto: Kathy F. Atkinson, udel.edu) |
Newark (pte003/25.09.2025/06:10)
Mit einem neuen Verfahren der University of Delaware wird die Herstellung von Treibstoffen für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor billiger und effektiver. Die Ausbeute steigt und die Menge an unbrauchbaren Nebenprodukten, die entsorgt werden müssen, sinkt, heißt es. Den Ingenieuren ist das mit einem neuartigen Katalysator gelungen, der zur Klasse der MXene gehört. Das sind Materialien, die aus atomar dünnen Schichten von Übergangsmetall-Carbiden und -Nitriden bestehen.
Wasserstoff will Kohlenstoff
"Wir behandeln Plastikabfälle wie feste Brennstoffe, die in nützliche flüssige Brennstoffe und Chemikalien umgewandelt werden können. Wir haben eine schnellere, effizientere und umweltfreundlichere Lösung gefunden", so Forschungsleiter Dongxia Liu. Das Verfahren heißt Hydrogenolyse. Dabei werden die Abfälle von Wasserstoff umspült. Ein Katalysator sorgt dafür, dass sich dieses Gas mit den Kohlenstoffatomen des Kunststoffs verbindet, sodass flüssige Treibstoffe entstehen.
Bisher scheiterte dieses Verfahren an der geringen Reaktionsfreudigkeit der beteiligten Elemente, weil die sperrigen Polymermoleküle nur schwer mit den aktiven Stellen des Katalysators interagieren können, an denen die Reaktion zwischen Wasser- und Kohlenstoff stattfindet. Mit MXenen klappt es viel besser. "Sie bilden zweidimensionale Schichten, ähnlich wie die Seiten eines Buches", sagt Lius Doktorand Ali Kamali.
Wenn dieses "Buch" geschlossen sei, hätten die Moleküle des geschmolzenen Kunststoffs zu wenig Kontakt zu den aktiven Zonen des Katalysators. Dieses Problem habe man gelöst, indem winzige Säulen aus Silizium zwischen die Seiten des "Buchs" gequetscht worden sind, sodass es gewissermaßen aufgeschlagen und so die Kontaktfläche vergrößert habe. Als Übergangsmetall diente Ruthenium.
Mehr Reaktionsgeschwindigkeit
Zuerst haben die Forscher Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) umgewandelt. Das ist ein Kunststoff, der für Einkaufstüten und Kunststofffolien verwendet wird. In einem kleinen Druckreaktor kombinierte das Team LDPE mit dem Katalysator und Wasserstoffgas und erhitzte die Mischung, sodass sich der Kunststoff in einen dickflüssigen Sirup verwandelte.
In diesem Stadium fanden die Reaktionen zwischen Wasser- und Kohlenstoff statt. Ergebnis: Die Reaktionsgeschwindigkeit war fast doppelt so hoch wie bei bisher eingesetzten Katalysatoren. Gleichzeitig entstand weniger Methan, das die Ausbeute an Flüssigtreibstoff mindert. Jetzt will das Team Mxene entwickeln, die die Umwandlung von anderen Kunststoffarten ermöglichen.
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