Industrie + Technik

Der Bauxitrückstand aus der Aluminiumproduktion lässt sich wiederverwenden, statt ihn als Rotschlamm zu deponieren. Wie aus Abfall ein Wertstoff wird.Um ausreichend mineralische Rohstoffe zu gewinnen, bietet es sich an, die Zwangsanfälle, also die Abfälle großer chemischer Prozesse zu untersuchen: hier die der Aluminiumproduktion.In der ersten Stufe der Herstellung von Aluminium wird Al(OH)3 nach dem Bayer-Prozess hergestellt. Hierfür wird das Erz Bauxit zerkleinert, getrocknet, gemahlen und mit konzentrierter Natronlauge in Natriumaluminat überführt. Unlösliche Bestandteile des Erzes, darunter Oxide von Eisen, Titan und anderen Schwermetallen, bilden nach Abtrennung den Bauxitrückstand, auch Rotschlamm genannt. Aus der Natriumaluminatlösung scheidet sich nach Impfen, Abkühlen und beim Verdünnen mit Wasser kristalliner Gibbsit (Al(OH)3) aus. Dieser wird anschließend bei 1200 bis 1300 °C entwässert (calciniert), es entsteht Aluminiumoxid (Tonerde).Im zweiten Schritt wird das Aluminiumoxid geschmolzen und elektrolysiert. Zurzeit produzieren weltweit etwa 80 Tonerdefabriken diesen Rohstoff für die <link href="#nadc20224131210-fig-0001">Aluminiumindustrie. Jährlich werden zirka 60 Mio. Tonnen Aluminium neu hergestellt und zirka 15 Mio. Tonnen recycelt.1)<figure xml:id="nadc20224131210-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/3JzaqfaoRduXQ0UeF556"><figcaption><label>Abb.1: </label>Rotschlammdeponie in Ungarn. Foto: SAndor / Adobe Stock</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Problemabfall</h2>Da seit 1887, dem Jahr der Patenterteilung für das Verfahren, bis heute keine wesentlichen Anwendungen für den Bauxitrückstand gefunden wurden,2) wird er auf Deponien gespült. Pro produzierter Tonne Aluminium fallen je nach Qualität des verwendeten Bauxits etwa drei Tonnen Rotschlamm an.Der stark alkalische Schlamm muss in abgedichteten Deponien überwacht werden. Die Kosten dafür werden auf neun Prozent des Tonerde-Preises geschätzt. Bei zirka 330 US-Dollar pro Tonne Tonerde sind das 30 US-Dollar pro Tonne Bauxit-Rückstand.3) Die Tendenz ist wegen behördlicher Auflagen steigend.Der Bauxitrückstand (BR) ist nach dem Basler Abkommen als gefährlicher Abfall eingestuft.4) Das macht seinen Transport über Grenzen hinweg praktisch unmöglich. Dies wäre aufgrund der Transportkosten ohnehin illusorisch. Aber die weltweit zwischen 150 und 180 Millionen Tonnen BR, die pro Jahr entstehen, sowie die Milliarden von Tonnen, die zurzeit weltweit auf Deponien liegen, machen den Rückstand nahezu überall verfügbar.<h2 type="main">Bauxitrückstand modifizieren</h2>Bei der alkalischen Auslaugung von Aluminium aus Bauxit bleibt der Bauxitrückstand als Zwangsanfall zurück. Er gilt aufgrund seiner Alkalinität als „hazardous waste“ und wegen der enthaltenen löslichen toxischen Substanzen wie Chromat und Schwermetallen als „toxisch“.Ein einstufiger Prozess neutralisiert und entgiftet den BR zu modifiziertem Bauxitrückstand (MBR, <link href="#nadc20224131210-fig-0002">Foto oben links). Details zum Umwandlungsverfahren unterliegen der Geheimhaltung.<figure xml:id="nadc20224131210-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/Im8uDw4ESim65FL0NiGB"><figcaption><label>Abb.2: </label>Modifizierter Bauxitrückstand (MBR) als Pulver. Fotos: Alferrock</figcaption></figure></figure>Das Verfahren verursacht weniger Kosten als das Deponieren des Rückstands: weniger als 10 US-Dollar pro Tonne BR. Das Material fällt filterfeucht (20 bis 25 %) an. In dieser Form wird es direkt zu Pressgranulat zur Formkörper-Herstellung für Speicherkeramik verarbeitet. Auf eine Restfeuchte von 8 bis 10 Prozent getrocknet wird MBR zu Granulaten für die Luft-, Wasser- oder Gasreinigung und Düngeanwendungen verarbeitet. Für die Verwendung im Baugewerbe oder als halogenfreier Flammschutz wird MBR auf eine Restfeuchte unter 0,1 Prozent getrocknet, um bei Compoundiertemperaturen von bis zu 250 °C Wasserdampfexplosionen zu vermeiden.Im Februar erhielt der MBR die Reach-Registrierung der europäischen Chemikalienagentur Echa und darf jetzt in Anwendungen in der EU ohne Einschränkungen verwendet werden.Aus den chemischen, physikalischen und mineralogischen Eigenschaften von MBR lassen sich Anwendungsfelder identifizieren. Das spezifische Gewicht des MBR beträgt 3,9 kg·L–1, die Schüttdichte liegt bei 1000 kg·m–³ (untamped bulk density, UTBD). MBR ist ein feinteiliges, gut fließendes und dabei staubarmes Pulver. Die mittlere Korngröße (D50) liegt zwischen 1 und 2 Mikrometer, wobei ein Drittel des MBR im nanoskaligen Bereich liegt (<link href="#nadc20224131210-fig-0003">Graph oben). Die spezifische Oberfläche (nach B.E.T.) beträgt über 20 m²·g–1, die der Granulate mehr als 30 m²·g–1.<figure xml:id="nadc20224131210-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/ZJuN30K3THOBgwqYKLZX"><figcaption><label>Abb.3: </label>Korngrößenverteilung des Bauxitrückstands nach Modifizieren, beispielsweise Neutralisieren, Entgiften und Filtern.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Wärme und Energie</h2>In Form keramischer Ziegel ist MBR ein Speichermaterial mit hoher Wärmekapazität (temperaturabhängig von 0,7 bis 1,1 J·g–1·K–1) und einer Dichte von 3,5 g·cm–3. Das Material ist bis zu einer Temperatur von 1100 °C mechanisch stabil. Wegen der Thermoschockbeständigkeit eignet sich die MBR-Keramik besonders dafür, große Energiemengen zu speichern – bei schnellen Temperaturänderungen entstehen keine Spannungen, die das Material zerstören.Ein MBR-Wärmespeicher besteht aus einem Block keramischer Ziegel, der durch eine Dämmung wärmeisoliert ist und mit elektrischen Heizelementen durch Strom aus Wind- oder Solaranlagen aufgeheizt wird (<link href="#nadc20224131210-fig-0004">Foto unten links). Somit kann der überschüssige Strom in Wärme umgewandelt und mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100 Prozent gespeichert werden. Ohne Unterbrechung des Beladevorgangs kann die Entladung über einen Wärmetauscher erfolgen.<figure xml:id="nadc20224131210-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/2lNjQR07T1aLateN0jLn"><figcaption><label>Abb.4: </label>Wärmespeicher im Labor, gebaut mit modifiziertem Bauxitrückstand.</figcaption></figure></figure>Ein Kubikmeter MBR-Wärmespeicherkeramik kann bei einer Temperatur von 1000 °C mehr als 1 MWh thermische Energie speichern. Die gespeicherte Wärme lässt sich für Warmwasser- und Dampfherstellung oder für die Rückverstromung nutzen. Wärmerückgewinnung jeder Art wird möglich.<h2 type="main">Flammschutz und Dämmung</h2>Aufgrund seiner mineralogischen und chemischen Zusammensetzung und der damit verbundenen endothermen Vorgänge eignet sich MBR in Pulverform als anorganischer halogenfreier Flammschutz für Kunststoffe und hydraulisch abbindende Baustoffe. Styroporplatten mit MBR ergeben beispielsweise eine nicht brennbare Wärmedämmung (<link href="#nadc20224131210-fig-0005">Foto S. 38, unten rechts).<figure xml:id="nadc20224131210-fig-0005"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/XinH08OfTD2Ju7HOuPJj"><figcaption><label>Abb.5: </label>Polystyrol mit modifiziertem Bauxitrückstand als Füllstoff für Flammschutz, Schalldämmung und Strahlenabschirmung.</figcaption></figure></figure>Feuerlöschmittel für Flächenbrände sind in den Boden eingebrachte MBR-Granulate. Sie fungieren als Brandsperren, damit sich das Feuer nicht unter der Bodennarbe ausbreitet.Darüber hinaus kann MBR aufgrund seiner hohen Dichte als Füllstoff in Baustoffen die Schalldämmung in Gebäuden verbessern.Zudem steigt die Abschirmung vor radioaktiven und elektromagnetischen Strahlen bei Einsatz von MBR mit seinem hohen Eisengehalt.5)<h2 type="main">Reinigen und Düngen</h2>Aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche und der Zusammensetzung von MBR-Granulaten lassen diese sich wie granulierte Aktivkohle verwenden. Sie adsorbieren Spurenstoffe, Schwermetallkationen und anionische Stoffe (<link href="#nadc20224131210-fig-0006">Abbildung oben). Die gebundenen Schadstoffe lassen sich immobilisieren, indem man aus dem kontaminierten MBR laugungsstabile Geopolymere herstellt.<figure xml:id="nadc20224131210-fig-0006"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/pZX308CQbu3dZBVK0Z90"><figcaption><label>Abb.6: </label>Wie Granulate aus modifiziertem Bauxitrückstand Wasser reinigen. Links: anionische Schadstoffe aus einer Lösung mit 2,5 Gew.-% Granulat; rechts kationische Schadstoffe (je 100 mg·L–1) aus einer Lösung mit 3,5 Gew.-% Granulat.6)</figcaption></figure></figure>Mit Amidosulfonsäure dotierte MBR-Granulate reduzieren Nitrat zu Nitrit, was anschließend zu elementarem Stickstoff synproportioniert. So kann Nitrat im Grundwasser zerstört werden.Wertstoffe wie Phosphat lassen sich zurückgewinnen, indem das im MBR enthaltene Eisen, Aluminium und Calcium schwerlösliche Phosphate bildet.MBR in Granulatform kann in Gülle oder Biogas als Adsorbens wirken oder mit NPK (Stickstoff, Phosphor, Kalium) dotiert als Dünger, der gleichzeitig Schadstoffe im Boden immobilisiert.<h2 type="main">Die Autoren</h2>Den Beitrag haben Heinzhorst Moebius, Horst Schmidt (Foto) und Sebastian Hippmann verfasst. Der promovierte Chemiker Moebius war nach seiner Pensionierung bis zum Jahr 2012 im Verwaltungsrat der Fluorchemie-Gruppe. Von 1965 bis 1998 war er für die ehemalige Hoechst AG im Chemiefaserbereich tätig. Der promovierte Mineraloge Schmidt arbeitet bei Alferrock in Bergheim. Zuvor war er am Institut für Anorganische Chemie der TU Freiberg und bei Fluorchemie in Frankfurt beschäftigt. Der promovierte Chemiker Hippmann entwickelt Verwertungsmöglichkeiten industrieller Nebenprodukte am Institut für Technische Chemie der TU Freiberg und ist Teamleiter beim Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/eo97bSF8TGexnJdvrqjy"><ul class="references" xml:id="nadc20224131210-bibl-0001" cited="no" style="numbered"><li xml:id="nadc20224131210-bib-0001">1 J. Vasters, G. Franken, Aluminium – Informationen zur Nachhaltigkeit, BGR Hannover, 2020</li><li xml:id="nadc20224131210-bib-0002">2 H. Sutar, S. C. Mishra, S. K. Sahoo, A. P. Chakraverty, H. S. Maharana. Am. Chem. Sci. J. 2014, 4(3), 255.</li><li xml:id="nadc20224131210-bib-0003">3 London Metal Exchange, Alumina Preis am 17. August 2022</li><li xml:id="nadc20224131210-bib-0004">4 Basler Übereinkommen über die Kontrolle der grenzüberschreitenden Verbringung gefährlicher Abfälle und ihrer Entsorgung 1992, <a href="https://www.bmuv.de" target="_blank">www.bmuv.de</a></li><li xml:id="nadc20224131210-bib-0005">5 R. Thoraeus, Acta Radiol. 1960, 54, 410</li><li xml:id="nadc20224131210-bib-0006">6 H. Schmidt, S. Hippmann, M. Bertau, W. Voigt, Chem. Ing. Tech. 2016, 88, 1323</li></ul>

Recycling

Vom Schlamm zum Granulat

Ein kristalliner Oxidationskatalysator aus Nanogold auf Kieselgel beschleunigt die alkoholische Gärung von Zucker- und Dicksaftlösungen. Katalytisch wirkt unter anderen das gärgeschwindigkeitsbestimmende Coenzym Nicotinamidadenindinucleotid.Aus Biomasse erzeugter Ethylalkohol (Bioethanol) dient als Kraftstoffzusatz, Desinfektionsmittel, Lösungsmittel oder Zusatz alkoholhaltiger Getränke. Beispielsweise sind 5 oder 10 Prozent Bioethanol fossilem Benzin beigemengt (E5 beziehungsweise E10). Damit lassen sich die CO2- und Wärmemengen reduzieren, die in die Atmosphäre entweichen: Die Verbrennung von 46,07 g Ethanol nach C2H6O + 3 O2 zu 2 CO2 + 3 H2O liefert 1277 kJ (oder 0,35 kWh) Energie und 88 g CO2. Die Verbrennung von 114,22 g Oktan nach C8H18 + 12,5 O2 zu 8 CO2 + 9 H2O setzt 5077 kJ (oder 1,41 kWh) und 352 g CO2 frei. Bei einem maximal anzunehmenden thermischen Wirkungsgrad eines Benzin-Kfz von 30 Prozent entweichen 70 Prozent des Kraftstoffs ungenutzt als Wärme in die Atmosphäre. CO2 und Wärme, die in die Atmosphäre gelangen, sind anthropogene Hauptursachen des <link href="#nadc20224131163-fig-0001">Klimawandels.1)<figure xml:id="nadc20224131163-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/ZYCwmLhYRr6slnSprIqS"><figcaption><label>Abb.1: </label>Zuckerrüben. Foto: Luis Carlos Jiménez / Adobe Stock</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Bioethanolproduktion</h2>Bioethanol lässt sich über enzymgesteuerte biochemische Vorgänge aus Zuckerrüben, stärkehaltigen Pflanzen wie Getreide oder Kartoffeln oder aus cellulosehaltigen Rohstoffen herstellen, darunter Stroh und Holz. Insgesamt wurden im vergangenen Jahr in Deutschland zirka 700 000 Tonnen Bioethanol erzeugt, 7,1 Prozent mehr als im Jahr 2019. Dabei stammten etwa 590 000 Tonnen (85 Prozent) aus Futtergetreide und fast 108 000 Tonnen aus Zuckerrüben.2)Über alkoholische Gärung gewinnt eine Zelle Energie unter anaeroben Bedingungen. Sie läuft mit Hefeenzymen katalytisch ab: Der erste Schritt ist die Glykolyse. Aus Glucose, Adenosindiphosphat (ADP), Phosphationen (Pi) und coenzymatischem Oxidationskatalysator (Nicotinamidadenindinucleotid, oxidiert: NAD+, reduziert: NADH) entstehen Pyruvat, Adenosintriphosphat (ATP), H+ und Wasser:C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 C3H3O3– + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O (1)Als zweiter Schritt schließt sich die Decarboxylierung an:2 C3H4O3 → 2 C2H4O + 2 CO2 (2)Es folgt die Reduktion des Acetaldehyds zu Ethanol:2 C2H4O + 2 NADH + 2 H+ → 2 C2H6O + 2 NAD+ (3)Die Rückbildung des NAD+ im dritten Schritt verläuft exotherm. Die Menge des zellgespeicherten NAD+ und dessen Rückbildungsgeschwindigkeit bestimmen die Geschwindigkeit der Schritte 1 und 2 wesentlich mit. Je schneller also NAD+ in einer Zelle zur Verfügung steht, desto schneller läuft die hefekatalysierte Gesamtreaktion:C6H12O6 + 2 (ADP + Pi) → 2 C2H6O + 2 CO2 + 2 ATPKatalysatoren heißen in der Biochemie Enzyme und bestehen im Wesentlichen aus Aminosäureketten unterschiedlicher Länge und Struktur, hier in der Hefe vorhanden. Je schneller und ungehinderter NADH zur Oberfläche des Katalysators diffundiert, desto schneller steht das für die alkoholische Gärung nötige NAD+ nach Effusion wieder zur Verfügung. Dazu braucht NADH freie und aktive Oberflächenplätze am Katalysator. Unterstützt werden diese Vorgänge durch große Gefäße und nicht zu hohe Magnetrührgeschwindigkeiten. Als optimal erwiesen sich unter Laborbedingungen 20 mL Flüssigkeit in einem 500-mL-Erlenmeyergefäß, gerührt auf Stufe 2 des Magnetrührers C-Mag HS 7 von Ika.Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion und erhöht die Ausbeute pro Zeit. Die Wirkung steigt mit der Größe seiner Oberfläche, der Zahl der zu katalysierenden Moleküle pro Katalysatoroberfläche und mit der Temperatur. In chemischen Oxidationen und Reduktionen wirken Nanogoldpartikel katalytisch.3)<h2 type="main">Nanogoldpartikel</h2>In kleinen Nanogoldpartikeln sind einzelne Atome hochsymmetrisch angeordnet. Sie präsentieren an der Oberfläche Elektronenladungen und damit adsorptive Anknüpfungspunkte. Hinzu kommt die hohe chemische Affinität des Golds zu Schwefel. Da zwei der genetisch codierten Aminosäuren schwefelhaltig sind, lagern sich schwefelhaltige Bausteine in den aminokettenbildenden Peptiden und Proteinen leicht an der Oberfläche der Nanogoldpartikel an.Die Fähigkeit der Atomanordnungen, an der Oberfläche Elektronen aufzunehmen, führt zu Oxidationskatalysatoreigenschaften. Anwendungsbeispiele sind die Hydrochlorierung von Acetylen und die CO-Oxidation.4)Nanogold katalysiert und beschleunigt die Oxidation von NADH zu NAD+.5) Für den Oxidationskatalysator werden Nanogoldpartikel nach Patentvorschrift hergestellt.6) Um feste und reproduzierbare katalytische Nanogoldoberflächen zu schaffen, wurde frisch hergestelltes Nanogold thermisch auf kristallinem Kieselgel 60 aufgetragen.7) Vergrößerte Aufnahmen des Nanogold-Kieselgelkatalysators zeigen sowohl die Beschichtung des Kieselgels durch einen violetten Nanogoldfilm als auch kleine metallisch golden gefärbte Bereiche (<link href="#nadc20224131163-fig-0002">Foto oben). Nanogoldpartikel von zirka 100 nm Größe sind violett.8) Insgesamt ergibt sich ein violettes, kristallines Pulver.<figure xml:id="nadc20224131163-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/jeU7Xj6QMi3oTYjWwOdw"><figcaption><label>Abb.2: </label>Kristalliner Nanogold-Kieselgelkatalysator bei zehnfacher Vergrößerung.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Nanogold in der alkoholischen Gärung</h2>Um die Einsatzmöglichkeiten des Nanogold-Kieselgelkatalysators in der alkoholischen Gärung zu prüfen, werden Versuche mit Saccharoselösung sowie industriell erzeugten Dicksäften und Hefen unter Rühren in verschiedenen Gefäßgeometrien durchgeführt. Die Gefäße enthalten in den Versuchen mit Katalysator je 50 mg davon und sind gasdicht mit einem Gummistopfen und einem Gärröhrchen verschlossen. Alle Lösungen enthalten 250 mg Hefe.Gemessen wird bei Raumtemperatur die Zeit, bis das erste CO2-Gasvolumen sicht- und hörbar durch das wassergefüllte Gärröhrchen wandert. Der Versuchsaufbau ist so einfach, damit die Experimente unter Coronabedingungen quasi im Home Office durchführbar sind.In drei Versuchsreihen (a, b, c) wurden Art und Menge der Lösungen sowie die Gefäßgröße variiert. Die Reihen a und b liefen in einem 500-ml-Gefäß, Reihe c in einem 50-ml-Gefäß. In der Versuchsreihe a enthielt das Gefäß 20 mL 10%ige Saccharoselösung; in den Versuchsreihen b und c enthielten die Gefäße je 5 mL zirka 70%igen industriellen Dicksaft und 15 mL entmineralisiertes Wasser.Wie stark der Katalysator den Gärvorgang unter den jeweiligen Bedingungen beschleunigt, zeigt das <link href="#nadc20224131163-fig-0003">Diagramm.Bei jeweils zehn Versuchen pro Reihe variieren nicht nur die Zeiten bis zum CO2-Durchgang durch das Gärröhrchen, sondern auch die Standardabweichungen. Die relativ hohen Standardabweichungen sind dem einfachen Versuchsaufbau geschuldet.<figure xml:id="nadc20224131163-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/yndehuWiRMW1oN2g8Nor"><figcaption><label>Abb.3: </label>Dauer bis zum sichtbaren Beginn der Gärung in Sekunden. Balken: Standardabweichung; blau: ohne Katalysator; orange: mit Nanogoldkatalysator; a) in Saccharoselösung; b) in industrieller Dicksaftlösung; c) in Dicksaftlösung in einem kleineren Reaktionsgefäß.</figcaption></figure></figure>Die Versuchsreihen mit industriellen Dicksaftlösungen nutzen die Kapazität des Nanogold-Kieselgelkatalysators besser als die mit Saccharoselösung. Mit dieser senkte der Katalysator die Gärreaktionsdauer um etwa 25 Prozent. Mit Dicksaftlösungen verringerte der Katalysator die Dauer um etwa 60 beziehungsweise 40 Prozent. Ein kleineres Gefäß erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit demnach nicht.Bei Versuchen bei 15 oC unter sonst gleichen Bedingungen verringern sich die Gärgeschwindigkeiten ähnlich wie bei Raumtemperatur um etwa 40 Prozent. Bei 30 oC wirkt der Katalysator dagegen weniger, was sich durch vermehrte Desorption des NADH an der Kieselgel-Katalysatoroberfläche erklären lässt. Von reinem Kieselgel geht bei der alkoholischen Gärung keine katalytische Wirkung aus.<h2 type="main">Rückgewinnen des Katalysators</h2>1 g Katalysator, 5 g Industriehefe und 200 mL entmineralisiertes Wasser werden 24 Stunden bei 20 °C gerührt. Danach wird dekantiert, der violette Bodensatz mit salzigem Wasser aufgekocht und gespült, bis die Lösung klar ist. Der Rückstand wird bei 150 °C getrocknet.Dieser wiedergewonnene Katalysator wird im Dicksafttest bei 20 °C auf Wirksamkeit geprüft. Es ergeben sich ähnliche Gärdauer-Reduktionszeiten wie mit dem frisch hergestellten Katalysator von etwas über 60 Prozent.<h2 type="main">Scale-up</h2>Die Ergebnisse der Grundlagenforschung – einer über 60%igen Beschleunigung der alkoholischen Gärung unter Laborbedingungen – müssen im Rahmen eines Scale-ups geprüft werden. Weiterführende Untersuchungen im industriellen Maßstab werden zeigen, inwieweit die Messung der Zeit bis zum Durchgang des ersten Gasvolumens durch die Gärröhrchen nicht nur den Beginn des Gärvorgangs zeigt, sondern repräsentativ für den vollständigen Gärvorgang ist.Bei der exothermen Bildung von 1 mol, also 46,07 g, Ethanol werden bei 25 oC 277 kJ Energie frei. Da die optimale Arbeitstemperatur des kristallinen Nanogold-Kieselgelkatalysators bei zirka 20 oC liegt, lässt sich durch Wasserkühlung der Gärkessel die beim Gärprozess frei werdende Wärme weitgehend abführen. Sie eignet sich etwa zum Aufbereiten der Zuckerrüben. So spart bei der alkoholischen Gärung im industriellen Maßstab der Nanogoldkatalysator nicht nur Zeit, sondern auch Energie und damit CO2.<h2 type="main">Autor und Autorin</h2>Den Beitrag haben Manfred Sietz und Yvonne Siemens verfasst. Sietz ist Professor an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) und beim gemeinsamen Fernstudiengang Chemie der TH OWL mit Springer Nature, Heidelberg. Siemens schreibt zurzeit zum Thema Nanogoldkatalysatoren ihre Bachelorarbeit. <a href="mailto:manfred.sietz@th-owl.de">manfred.sietz@th-owl.de</a><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/mEDn0wGeTA6BAVb1LuCj"><img alt="image" src="https://media.graphassets.com/5t95H6m0QeSZmNRKSfPV"><ul class="references" xml:id="nadc20224131163-bibl-0001" cited="no" style="numbered"><li xml:id="nadc20224131163-bib-0001">1 <a href="https://meine-onlinezeitung.de/politik/28895-wie-kommt-der-eisbaer-auf-die-gruene-wiese-klimawandel-einfach-erklaert-mit-prof-dr-manfred-sietz" target="_blank">meine-onlinezeitung.de/politik/28895-wie-kommt-der-eisbaer-auf-die-gruene-wiese-klimawandel-einfach-erklaert-mit-prof-dr-manfred-sietz</a> (Stand 1.2.2022)</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0002">2 <a href="https://bdbe.de/daten/marktdaten-deutschland" target="_blank">bdbe.de/daten/marktdaten-deutschland</a> (Stand 7.12.2021)</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0003">3 <a href="https://desy.de/aktuelles/news_suche/index_ger.html?openDirectAnchor=1898&amp;two_columns=0" target="_blank">desy.de/aktuelles/news_suche/index_ger.html?openDirectAnchor=1898&amp;two_columns=0</a> (Stand 1.2.2022)</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0004">4 R. Ciriminna, E. Falletta, C. Della Pina, J. H. Teles, M. Pagliaro, Angew. Chem. 2016, 128, 14420</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0005">5 X. Huang, I. H. El-Sayed, X. Yi, M. A. El-Sayed, J. Photochem. Photobiol. B 2005, 81(2), 76</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0006">6 M. Sietz: Modifiziertes kolloidales Edelmetall zur Behandlung und Prophylaxe von Krankheiten, Patent DE102009040870</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0007">7 <a href="https://th-owl.de/files/webs/umwelt/download_verzeichnis/publikationen/Veroeffentlichung_Pharma.pdf" target="_blank">th-owl.de/files/webs/umwelt/download_verzeichnis/publikationen/Veroeffentlichung_Pharma.pdf</a> (Stand 2.2.2022)</li><li xml:id="nadc20224131163-bib-0008">8 A. M. Eremenko, N. P. Smirnoval, I. P. Mukhal, H. R. Yashan, Theor. Exp. Chem. 2010, 46(2), 65</li></ul>

Bioethanol

Zügig gegärt

Oberflächen texturieren I Mit dem Verfahren Direct Laser Interference Pattering (DLIP) von Fusion Bionic aus Dresden lassen sich Bauteile verändern, ohne sie zu beschichten. Die Texturen, inspiriert etwa von Lotusblatt oder Haifischhaut, eignen sich für Anwendungen in Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik. Geschäftsführer ist Tim Kunze (Handelsregistereintrag vom 21.4.2021).Bakterienprodukte I Das Hamburger Unternehmen Microharvest produziert mit Bakterien Proteine für eine ressourcenschonende Ernährung. Das Verfahren braucht weniger Energie und Platz als konventionelle Nahrungsmittelquellen und liefert ein gleichbleibendes Produkt. Geschäftsführer ist Jonathan Roberz (11.5.2021).Krebsimmuntherapien I Mit Forschung, Übersetzung, klinischer Entwicklung, Herstellung und Kommerzialisierung will Fusix Biotechs aus München eine sichere Tumortherapie anbieten. Basis ist eine onkologische Virusplattform, Geschäftsführerin Jennifer Altomonte (18.5.2022).Kohlendioxid einfangen I Ucaneo Biotech aus Berlin will bis zum Jahr 2035 etwa 0,5 Gigatonnen CO2 aus der Umwelt abfangen. Dafür entwickelt das Unternehmen eine zellfreie Direct-air-capture-Technik, bei der eine biokatalytische Membran CO2 aus der Luft abscheidet. Geschäftsführer sind Carla Glassel und Florian Tiller (19.5.2022).Holger Bengs, European Chemistry Partnering, schaut für die Nachrichten aus der Chemie ins Handelsregister.

Kurz notiert

Start me up

Bakterien liefern Proteine | Das japanische Start-up Symbiobe an der Universität Kyoto entwickelt Bioraffinerien mit Meeresbakterien vom Typ photosynthetisch aktiver Rhodobacter. In einer 4000-Liter-Demoanlage züchtet das Unternehmen Zellmasse und erhält Futterprotein sowie Stickstoffdünger, um Fischmehl in Aquakultur zu ersetzen. Zusammen mit dem japanischen Start-up Spiber entsteht mit rekombinanten Rhodobacter-Stämmen Spinnenseide.<a href="https://symbiobe.jp" target="_blank">symbiobe.jp</a>, <a href="https://spiber.inc" target="_blank">spiber.inc</a>Gold aus Schrott | Reduziertes Graphenoxid (rGO) könnte aus Elektronikschrott besonders viel Gold extrahieren. Ein chinesisch-britisches Forscherteam extrahierte mit einem Gramm rGO aus einer 10-ppm-KAuCl4-Lösung bei 25 °C etwa 1850 mg·g–1 Au, bei 60 °C 9059 mg·g–1. Andere Extraktionsmittel extrahierten bei so geringen Konzentrationen maximal 250 mg·g–1 und seien weniger selektiv.F. Li, J. Zhu, P. Sun et al., Nat. Commun. 2022, 13, 4472Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>Ineos kauft Anlagen von Mitsui | Für umgerechnet 330 Mio. Euro hat das japanische Chemieunternehmen Mitsui Phenols seine Anlagen auf Jurong Island, Singapur, an Ineos Phenol (ehemals Phenolchemie Gladbeck) verkauft. Damit erweitert das Unternehmen seine Kapazitäten um mehr als eine Million Tonnen pro Jahr. Die Transaktion soll im ersten Quartal 2023 abgeschlossen sein. Mit der Übernahme wechseln 120 Beschäftigte zu Ineos Phenol. JW

Blick nach Asien

Wie Geräte miteinander reden | Das Industriekonsortium Open Platform Communications (OPC) Foundation will die Kommunikation zwischen Analyse- und Laborgeräten harmonisieren. Grundlage soll die OPC Unified Architecture sein. Dazu kommen domänenspezifische Erweiterungen und ein Standard: Common Analytical Instrument System Integration (Caisi). Jörg Mayer, Geschäftsführer des Industrieverbands Spectaris erwartet, dass Geräte verschiedener Hersteller so noch vor dem Jahr 2024 zusammenarbeiten werden. MBAntikörper, Rohrleitungen und modulare Anlagen | Die Sieger des Achema-Gründerpreises erhalten jeweils 10 000 Euro und wurden Ende August gekürt:Lumatix Biotech aus Garching gewann mit einer Methode, die Antikörper isoliert. Auf Basis einer lichtgesteuerten Affinitätsmatrix soll sie die klassische Anreicherungsmethode über die Protein-A-Chromatographie ersetzen.Pipepredict aus Darmstadt hat ein System für vorausschauende Instandhaltung von Rohrleitungen entwickelt. Sensordaten werden mit einem digitalen Zwilling und Machine-Learning-Algorithmen ausgewertet. Lecks sind früh erkennbar, Rohrbrüche in Wasser-, Fernwärme- oder Chemiekaliennetzen lassen sich verhindern.Semodia aus Radebeul bietet ein System für modulare Anlagen. Eine neue Beschreibungssemantik lässt die Module einfacher miteinander kommunizieren. MBEthanol als Kraftstoff | Die chinesische Yanchang Petroleum Group hat in der Provinz Shaanxi eine Anlage für jährlich 500 000 Tonnen C2H5OH aus Kohle in Betrieb genommen. Die Technik stammt vom Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaft: Ein bifunktionaler Katalysator aus Kupferoxid und Zeolithen des Typs Sapo-341) lässt Synthesegas über Dimethylether zu Methylacetat reagieren. Mit H2 entsteht ein Methanol-Ethanol-Gemisch, aus dem C2H5OH mit einer Reinheit von 99,71 Prozent isolierbar ist. Bis zum Jahr 2025 soll damit in China eine jährliche Produktionskapazität von 4 Millionen Tonnen C2H5OH entstehen.Chinas Bedarf für E10-Benzin liegt bei 10 bis 12 Millionen Tonnen C2H5OH pro Jahr. In Deutschland wurden 1,15 Millionen Tonnen Bioethanol im Jahr 2021 Benzin beigemischt.2)1) Feng Jiao et al., Science 2016, 351, 10652) <a href="https://bdbe.de/daten/marktdaten-deutschland" target="_blank">bdbe.de/daten/marktdaten-deutschland</a>Rolf Schmid, <a href="https://www.bio4business.eu" target="_blank">www.bio4business.eu</a>

In Laboren und Anlagen

Der Hanauer Konzern Heraeus erweitert seine Recyclingkapazitäten für Edelmetalle in den USA mit einem Schmelzofen (Foto). Dieser wird in Wartburg, TN, USA, errichtet, wo Heraeus Precious Metals bereits eine Recyclinganlage betreibt. Die neue Anlage läuft mit Energie aus erneuerbaren Quellen und soll innerhalb der nächsten zwei Jahre in Betrieb gehen. Die Investition soll in einem mittleren zweistelligen Millionenbereich (US-Dollar) liegen.<img alt="image" src="https://media.graphassets.com/zOI0DBi0RfKSAgwmbQkw">Im US-amerkanischen Wartburg wird Heraeus Precious Metals einen solchen Schmelzofen fürs Recycling bauen. Foto: Heraeus

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