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Vordenker – Weiterdenker: Katalyse

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Vordenker

Der Autodidakt Johann Wolfgang Döbereiner gilt als Erfinder der Platinkatalyse und als Vordenker für den Aufbau des Periodensystems der Elemente.

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Weiterdenker

Ferdi Schüth widmet sich gerne Herausforderungen. In seiner aktuellen Forschung beschäftigt er sich mit den chemischen Grundlagen für die Energie der Zukunft.

Für ihn war es ein „Berührungsphänomen“, heute gilt es als eine der wichtigsten Entdeckungen der frühen Katalysechemie: 1823 glückte dem damals 43-jährigen Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner die Entzündung eines Knallgasgemischs unter dem Einfluss der katalytischen Wirkung von Platinschwamm. Dieser kann die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff beschleunigen. Dabei wird der Platinschwamm nahezu nicht verbraucht oder verändert – eine der besonderen Eigenschaften aller Katalysatoren. Gleichzeitig wird so viel Energie freigesetzt, dass sich augenblicklich eine Flamme bildet. Döbereiner, fasziniert von diesem Phänomen, weiß seine Entdeckung auch technisch erfolgreich umzusetzen. Er erfindet das Platinfeuerzeug. Es wird zu einem äußerst begehrten Handelsobjekt und der ihm zugrundeliegende Prozess der Katalyse zu einem Meilenstein und Motor der Chemie.

Gerade mal ein Jahr später formulierte Döbereiner mit der Beobachtung, dass Knallgas auch mittels Iridium-Osmium- Gemischen zur Explosion gebracht werden kann, das Prinzip der später in der chemischen Industrie eingesetzten Mischkatalysatoren. Da war er schon seit 14 Jahren außerordentlicher Professor für Chemie, Pharmazie und Technologie. Diesen Lehrstuhl hatte er unter anderem der fördernden Gunst Johann Wolfgang von Goethes, eines der wichtigsten deutschen Dichter und Universalgelehrten, zu verdanken.

Letztlich war Döbereiner Autodidakt, hatte weder einen Schulabschluss noch ein Universitätsstudium vorzuweisen, sondern einzig eine Apothekerlehre. Doch der Sohn eines Kutschers konnte durch seine Abhandlungen über chemischpraktische Phänomene Goethe, den späteren Minister für Kulturangelegenheiten, auf sich aufmerksam machen. Dieser vermittelte ihn an die Universität Jena. Ein Jahr nach seiner Berufung verlieh die philosophische Fakultät Döbereiner in Anerkennung seiner bisherigen Veröffentlichungen den Titel eines Dr. phil. Als Begründung wurde angeführt, dass seine Veröffentlichungen bereits unverkennbar den Stempel der Genialität und Vollendung an sich trügen.

Döbereiner war dankbar für die ihm gebotenen Chancen und ist Jena trotz Berufungen anderer renommierter Universitäten bis zu seinem Tod 1849 treu geblieben. Nicht nur seine guten Verbindungen zu Goethe sind dort bis heute in Stein gemeißelt. Die Inschrift seines Grabsteins lautet: Berater Goethes, Schöpfer der Triadenlehre, Entdecker der Platinkatalyse.

Bereits kurz nach Silvester 1971 steht für den damals elfjährigen Ferdi Schüth fest: Er wird Chemiker. Seine Begeisterung entflammt hatte das Befüllen abgebrannter Raketen mit selbstgemischtem Schwarzpulver von Freunden. Die Feuerwerkskörper flogen zwar nicht, aber geknallt hat es ordentlich. Ein Jahr später richtete er sich mit seinem neuen Chemiebaukasten eine Ecke im Keller ein und beobachtete weiter, was passiert, wenn man Dinge zusammengibt. „Mal gucken, ob das geht, das ist für mich bis heute die stärkste Triebkraft für erfolgreiche Forschung“, sagt Professor Dr. Schüth, der heute ein mit vielen Ehrungen und Ämtern ausgezeichneter Wissenschaftler ist – Vizepräsident der Max- Planck-Gesellschaft, Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Träger des Carl Friedrich von Weizsäcker-Preises sowie des Leibniz-Preises, um nur wenige zu nennen.

Auch seine Entdeckung mit der bisher größten Wirkung hat er diesem Prinzip zu verdanken – und der Tatsache, dass er seinen eigenen Kopf hat: die Hochdurchsatztechnologie in der Katalyse (siehe Kasten). 1996 nahm er an einem wissenschaftlichen Kolloquium zu der Frage teil, wie man neue und bessere Katalysatoren schneller als bisher entwickeln kann. Als Vorbild dienten Hochdurchsatzverfahren, wie sie die Pharmaindustrie bei der beschleunigten Suche nach neuen Wirkstoffen nutzt. Im Kreise der Forscher wurde jedoch rasch bezweifelt, dass die Methode auch unter den ungleich schwierigeren Bedingungen von Ölraffinerien und der Produktion chemischer Grundstoffe funktionieren könne. Doch die Sache begann Schüth, damals Professor an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main, zu reizen. Schon während der Veranstaltung skizzierte er erste Ideen. Zurück am Institut fragte er seine Doktoranden, wer Lust hätte, die Gedanken weiter auszuarbeiten. Nach etwa einem Jahr gemeinsamer Forschung lief der erste Hochdurchsatzreaktor. 1999 wurde die Firma hte gegründet, um das Verfahren zu vermarkten. „Damit war aus einer wissenschaftlichen Aufgabenstellung die Geburtsstunde einer neuen Technologie geworden“, so Schüth.

Heute widmet Schüth sich unter anderem der Frage, wie sich Katalysatoren bis auf die Atomebene hinunter maßschneidern lassen. Auch neue Energieträger wie Wasserstoff oder Treibstoffe aus Holzabfällen und deren Speicherung und katalytische Umwandlung interessieren ihn – also chemische Grundlagen für die Energie der Zukunft. Für Herausforderungen und zum Weiterdenken ist Schüth nun mal immer zu haben.

Katalyse: Molekulare Helfer und Motor der Chemie

Ein Katalysator ist im Grunde eine Art Heiratsvermittler; im Chinesischen ist bei beiden Begriffen sogar eines von zwei Schriftzeichen identisch. Er schnappt sich im Reagenzglas die gewünschten Reaktionspartner, löst alte Bindungen auf und verknüpft sie schnell und gezielt zu der neuen gewünschten chemischen Formation. Der Katalysator beschleunigt so Reaktionen, ohne sich dabei selbst zu verbrauchen – auch wenn er vor Alterserscheinungen nicht ganz gefeit ist.

Gleichzeitig spart er Energie. All das macht Katalysatoren zu einem wichtigen Werkzeug der Chemie, das heute in mehr als 90% aller chemischen Produktionsverfahren eingesetzt wird. Ob Medikamente, Düngemittel, Farb- oder Kunststoffe – die Herstellung vieler Dinge des täglichen Lebens wäre ohne diese Schlüsseltechnologie nicht möglich.

 

hte GmbH: Chemische Beschleuniger im Turbotest

Mit dem Verfahren, das Professor Dr. Ferdi Schüth gemeinsam mit Wissenschaftlern der Firma hte in Heidelberg entwickelt hat, läuft die Suche nach neuen, leistungsfähigeren Katalysatoren heute bis zu hundert Mal schneller als noch vor wenigen Jahren: „High throughput experimentation“, das Kürzel der Firma, steht für sogenannte Hochdurchsatzverfahren. In Heidelberg ermöglichen sie es, in einem parallelen und automatisierten Ansatz eine Vielzahl von Katalysatoren gleichzeitig in eine chemische Bewährungsprobe zu schicken.

Aktuell betreibt hte über 50 verschiedene Reaktorsysteme. Diese reichen von Katalysatorscreeninganlagen bis zu Testanlagen im größeren Maßstab zur Prozessoptimierung. Inzwischen beschäftigt das Unternehmen, das seit 2012 eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der BASF SE ist, rund 270 Mitarbeiter.

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