Dipl.-Chem. Rainer Schweppe
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30.09.2004

Im Vorhaben wurde die Hydrothermolyse der niedermolekularen Kohlenhydrate Glukose, Fruktose und Xylose in Gegenwart von Wasserstoff als Reduktionsmittel untersucht. Im Mittelpunkt stand die reaktionstechnische Optimierung von Umsatz, Ausbeute und Selektivität. Es zeigte sich, dass die Reduktion vorzugsweise mit Ruthenium als Katalysator im Temperaturbereich zwischen 150 und 250 °C zu guten Ergebnissen führt. Dabei findet bei kurzen Reaktionszeiten (150-300 s) hauptsächlich eine Reduktion zu Zuckeralkoholen unter Erhalt des Zuckergerüstes statt, während bei längeren Reaktionszeiten ein Abbau desselben einsetzt und die gewünschten kurzkettigen Polyalkohole gebildet werden. Diese Polyole konnten dann bei Dow erfolgreich für die Herstellung von Polyurethanen eingesetzt werden. Das gewählte Verfahren stellt somit eine neue und wirtschaftlich attraktive Möglichkeit zur Herstellung polyfunktioneller Alkohole dar, die Dow Deutschland zur Herstellung von Polyurethanen benötigt. Dieses neue Verfahren baut auf nachwachsenden Rohstoffen auf und benötigt keine Polyole auf petrochemischer Basis. Dieses Verfahren stellt deshalb für zukünftige Kapazitätserweiterungen in der Polyurethanproduktion bei Dow eine attraktive Alternative dar, da dadurch eine weitere Rohstoffbasis erschlossen wird. Im Ergebnis der Untersuchungen im Verbundvorhaben hat sich für eine technische Umsetzung allerdings herausgestellt, dass es aus wirtschaftlichen Gründen wünschenswert ist höhermolekulare Kohlenhydrate (Polysaccharide) einzusetzen. Versuche hierzu zeigten jedoch, dass dies problematisch ist. Die reduktive Hydrothermolyse von Cellulose zeigt, dass im Vergleich zu reiner Glucose keine Zuckerspaltung unter Bildung der hydrierten Produkte eintritt. Im Falle von Stärke wird Glycerin gebildet. Hier ist noch umfangreiche FuE zu leisten.

Durch reduktive Hydrothermolyse sollen einfache Zucker wie Glucose, Fructose oder Xylose mit einem hohen Anteil chemisch nahezu äquivalenter Hydroxylgruppen in C2-, C3-, C4-, C5- und C6-Polyole mit dem Ziel umgewandelt werden, eine neue Rohstoffbasis für Polyole zur Herstellung von Kunststoffen wie z. B. Polyestern oder Polyurethanen bereitzustellen. Die ausgewählten Zucker zeichnen sich durch eine hohe Anzahl von Hydroxylgruppen neben einer Aldehyd- bzw. Ketogruppe aus. Ziel ist es nun, die Struktur des Kohlenstoffgerüsts und die Hydroxylgruppen zu erhalten und die Aldehyd- bzw. Ketogruppe zu reduzieren. Da bei erhöhten Temperaturen gearbeitet wird, treten wegen des zunehmenden Acidifizierungspotentials des Wassers Kondensationsreaktionen zu Furanen oder Spaltungsreaktionen zu Bruchstücken auf. Durch die Gegenwart des zuvor aus Kohlenmonoxid und Wasser in situ erzeugten Wasserstoffs wird eine Oxidation der gebildeten Reaktionsprodukte verhindert und gleichzeitig eine Reduktion der Carbonylfunktion angestrebt. Das Vorhaben soll in Zusammenarbeit mit der Fa. DOW Deutschland Inc. durchgeführt werden.