Die chemische Industrie sieht sich im 21. Jahrhundert mit zahlreichen Herausforderungen konfrontiert. Der fortschreitende Klimawandel und die Notwendigkeit, fossile Brennstoffe zu reduzieren, verlangen nach neuen, nachhaltigen Rohstoffen. Ein innovativer Ansatz zur Lösung dieser Probleme wird durch ein Forschungsprojekt am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung präsentiert. In einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Magazin Science zeigen die Wissenschaftler, wie Biomasse als alternativer Rohstoff für die chemische Produktion eingesetzt werden kann, anstelle von Erdöl, das traditionell als Hauptquelle dient.
Die Abkehr von fossilen Materialien ist nicht nur aus ökologischen Gründen notwendig, sondern auch wegen geopolitischer Unsicherheiten und der Forderung nach einer Kreislaufwirtschaft. Die zentrale Frage bleibt: Wie können essentielle chemische Bausteine für Medikamente und andere Produkte künftig gewonnen werden? Die Antwort könnte in der Nutzung von Biomasse liegen, einem Ansatz, den das Team um Prof. Benjamin List untersucht hat.
Laut Nils Frank, einem Doktoranden in der Arbeitsgruppe von Prof. List, lautet die neue Devise: „Biomasse als chemischer Rohstoff statt Erdöl.“ Er betont, dass das chemische Potenzial von Biomasse bisher nicht vollständig ausgeschöpft wurde. In ihrer Studie konzentrierten sich die Forscher auf Furanen, organische Verbindungen, die aus Biomasse gewonnen werden können. „Chemiker haben sich seit Jahrzehnten auf Erdöl konzentriert, wodurch die Möglichkeiten von Furanen weitgehend ignoriert wurden“, merkt Frank an.
Ein zentrales Ergebnis der Forschung ist die Entdeckung einer neuartigen, redoxneutralen Reaktion von Furanen zu Succinaldehyd, einem wichtigen chemischen Baustein. Während etablierte Methoden in der Regel Furanverbindungen durch Oxidation oder Reduktion in Alkohole oder Carbonsäuren umwandeln, gelang es den Forschern, diese neue Reaktionsweise mithilfe der Photohydrolyse zu etablieren. Diese Methode nutzt Licht als Energiequelle, um die chemische Reaktion zu unterstützen – ähnlich wie die natürliche Photosynthese, bei der Pflanzen Licht zur Umwandlung von Kohlendioxid in organische Substanzen verwenden.
Ben List hebt hervor, dass Kohlendioxid und Licht die Grundlage für eine nachhaltige chemische Industrie der Zukunft bilden könnten. Die Entdeckung von Nils Frank ist demnach nur der erste Schritt in einer Reihe von Forschungen, die durch die Werner Siemens-Stiftung gefördert werden.
Ein weiterer spannender Aspekt der Arbeit ist die Untersuchung der Zwischenprodukte, die während der Reaktion entstehen. Dr. Markus Leutzsch, ein Mitautor der Studie, berichtet von der Entdeckung eines Heterozyklus, der zuvor nicht in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben wurde. Diese Erkenntnis könnte die Grundlage für die direkte Synthese von wertvollen Arzneimitteln, wie Prostaglandinen und Antibiotika, aus Furanen bieten, ohne die Umwege über herkömmliche Oxidations- und Reduktionsprozesse.
Ob diese vielversprechenden Ergebnisse tatsächlich in der pharmazeutischen Industrie Anwendung finden werden, bleibt abzuwarten. Nils Frank weist jedoch darauf hin, dass Dr. Moreshwar Chaudhari gezeigt hat, dass die Reaktion problemlos skaliert werden kann. Dazu entwickelte er einen beleuchteten Flussreaktor, der besonders für industrielle Anwendungen geeignet ist und somit die Machbarkeit des Verfahrens unter Beweis stellt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschung am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung einen vielversprechenden Weg aufzeigt, wie Biomasse nicht nur als nachhaltige Ressource, sondern auch als zukunftsträchtige Alternative zu Erdöl in der chemischen Industrie dienen kann. Diese Entwicklungen könnten einen entscheidenden Beitrag zur CO2-Neutralität und zur Etablierung einer Kreislaufwirtschaft leisten und damit die Weichen für eine nachhaltigere Zukunft stellen.
