Vom Radsport ins Chemielabor: Pit Losch auf der Suche nach Alternativen zu fossilen Brennstoffen

17.10.17

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Die Endlichkeit fossiler Brennstoffe zwingt uns zur Suche nach Alternativen. Für den  Forscher Pit Losch spielen Zeolithe dabei eine wichtige Rolle.

Eigentlich wollte Pit Losch Radprofi werden. Doch dann kam ihm die Chemie dazwischen: Dem Bachelor in Freiburg folgte der Master in Strasbourg und dem Master schließlich die Promotion. Weil der junge Luxemburger während seiner Dissertation zu wenig Zeit hatte, um sich auf große Radsportereignisse vorzubereiten, wechselte er zum Triathlon. Vergangenes Jahr hat Pit Losch zum ersten Mal an einem Iron Man teilgenommen. Das war hart, doch so richtig auf Herz und Nieren geprüft wurde er erst einige Wochen später bei der Verteidigung seiner Doktorarbeit. Die hochgradig besetzte Jury hat ihn ganze vier Stunden lang zu seiner Dissertation befragt - um ihm am Ende die Doktorwürde mit Auszeichnung zu überreichen.

Pit Losch hat sich in seiner Arbeit mit den Einsatzmöglichkeiten von Zeolithen auseinandergesetzt, insbesondere mit dem Zeolith ZSM-5. Zeolithe sind kristalline Alumosilikate, die in der Natur zum Beispiel in der Erdkruste vulkanischen Ursprungs vorkommen, sich aber auch synthetisch herstellen lassen. „Sie werden bereits seit den 50er Jahren synthetisch hergestellt und als Katalysatoren in der Petrochemie angewendet und kommen dort beispielsweise bei der Umsetzung von Rohöl in Benzin oder Diesel zum Einsatz“, erklärt Losch.

Vielversprechend in der Verwertung von CO2

Die heterogenen Katalysatoren (siehe Infobox), von denen bislang mehr als 230 verschiedene Strukturgruppen identifiziert wurden, können aber auch bei der Umwandlung anderer Stoffe von Bedeutung sein. Aufgrund ihrer dreidimensionalen porösen Struktur, mit Poren von molekularen Durchmessern, ermöglichen sie formselektive Umwandlungen und werden daher auch Molekularsiebe genannt. Und das macht sie gerade mit Blick auf das absehbare Ende fossiler Brennstoffe besonders interessant.

„Zeolithe sind vielversprechend in der Verwertung von CO2 via Methanol“, sagt Losch, „und Methanol eignet sich zum Beispiel für eine stoffliche Speicherung von regenerativer Energie bei Windkraftanlagen.“ So produzieren diese zeitweise einen Energieüberschuss, der derzeit aber aufgrund fehlender Möglichkeiten kaum gespeichert wird. In einer nachhaltigen Zukunft jedoch könnte Methanol mit erneuerbaren Energien billig aus CO2 gewonnen werden und somit als flüssiger, einfach transportierbarer Wasserstoff-Energie-Speicher dienen.

Forschungsarbeit wird inzwischen auch von BASF unterstützt

Mit Hilfe der speziell konzipierten Zeolithe kann Methanol in leichte Kohlenwasserstoffe wie Ethylen und Propylen umgesetzt werden. Und Propylen wiederum dient zur Herstellung von Polypropylen (thermoplastischer Kunststoff). Bislang werden diese so genannten Olefine fast ausschließlich auf der Basis fossiler Brennstoffe (Öl, Gas) hergestellt. Losch, dessen Doktorarbeit sich genau mit dieser durch Zeolithe unterstützten Umwandlung von Methanol in Olefine (MTO-Prozess) befasst, sieht darin einen wichtigen Schritt aus der Abhängigkeit von fossilen Energieträgern. Vor allem für die auf Olefine angewiesene Kunststoffindustrie, die damit nicht nur einen Ersatz für die fossilen Energieträger erhält, sondern gleichzeitig auch eine umweltfreundlichere Alternative.

Die Industrie ist sich dessen durchaus bewusst. „Unsere Forschungsarbeit zur Umwandlung von Methanol in Propylen wird inzwischen auch von BASF unterstützt“, sagt Losch. Seit Anfang dieses Jahres arbeitet er am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung im deutschen Mülheim an der Ruhr. Im kommenden Jahr wird er 6 Monate mit einem Fulbright-Stipendium an der Stanford Universität in Kalifornien forschen.

In Straßburg soll unterdessen basierend auf seiner Arbeit bewiesen werden, dass diese durchaus sehr selektiven und stabilen Katalysatoren auch im größeren Maßstab produziert werden können, um dann in einem weiteren Schritt ein Patent anzumelden. Der Knackpunkt bei den Katalysatoren ist nämlich der, dass sie die chemische Reaktion zwar ermöglichen, aber nicht lange genug aufrechterhalten können. Losch jedoch hat bereits den Nachweis erbracht, dass sogar eine mehr als 100-stündige Laufzeit ohne Deaktivierung des Katalysators möglich ist.

Bewusst für die öffentliche Forschung entschieden

Der junge Forscher hätte nach Abschluss seiner Doktorarbeit auch einen gut bezahlten Job bei einem der weltweit größten Konzerne der chemischen Industrie antreten können. Und das nur wenige Kilometer von seinem Heimatort entfernt. „Es ist mir schon sehr schwer gefallen, dieses Angebot abzulehnen“, sagt er, „aber ich habe mich dann doch für die öffentliche Forschung entschieden.“

Unterstützt wurde Pit Losch während seiner Dissertation durch ein dreijähriges AFR-Stipendium des FNR. „Für mich waren diese drei Jahre absolut bereichernd, weil mir mein Chef, Dr. Benoît Louis, sehr viel Freiraum gelassen hat und ich an Konferenzen in der ganzen Welt teilnehmen konnte“, sagt Losch, der unter anderem an Veranstaltungen in Hawaii, Rio, Bulgarien und Berlin teilgenommen hat - und der es keineswegs bedauert, dass er nun Wissenschaftler und nicht Radsportprofi ist.

Autor: Uwe Hentschel
Foto: Uwe Hentschel

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Infobox

Heterogener Katalysator

Ein Katalysator, im Auspuff eines Autos auch in heterogener Form vorhanden, dient dazu die für eine chemische Umwandlung notwendige Aktivierungsenergie herunterzusetzen. Dabei werden die Katalysatoren während einer chemischen Reaktion nicht selbst verbraucht.  Die wichtigsten Eigenschaften eines Katalysators sind Aktivität (wenig muss viel umsetzen können), Selektivität (im besten Fall entsteht nur das erwünschte Produkt) und Stabilität (möglichst lange Lauf- und Lebzeiten werden anvisiert). Sie finden Anwendung sowohl bei der Umsetzung von schädlichen Stoffen in harmlose Produkte, wie auch bei der Umwandlung von billigen Startmaterialien in wertvolle Endprodukte. Die größten chemischen, industriellen Prozesse überhaupt werden von heterogenen Katalysatoren erst rentabel gemacht, wie zum Beispiel das Haber-Bosch-Verfahren zur Gewinnung von Ammoniak aus dem Stickstoff der Luft.


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