Carbohydrates to α-ω-Diols 2.0
Unsere Gesellschaft strebt zunehmend nach nachhaltiger Wertschöpfung. Diese basiert oft auf der effizienten Nutzung natürlicher Ressourcen, wie beispielsweise Biomasse-Derivate, Wind- und Solarenergie. Oft genannt sind auch Elemente der Kreislaufwirtschaft, sei es direkt oder indirekt über den natürlichen Kohlenstoffkreislauf. Auf der anderen Seite besteht jedoch eine gesellschaftliche Nachfrage nach industriellen Produkten, die aus dem Alltag kaum wegzudenken sind und teilweise eine Voraussetzung für unser modernes Leben darstellen.
In diesem Kontext zielt das Projekt CARBO-DIOL2.0 auf Wertschöpfungsketten von sekundären kohlenhydratreichen Rohstoffströmen hin zu α-ω-Diolen ab. Letztere werden als Lösungsmittel, funktionelle Chemikalien und Monomere eingesetzt. Dabei wird auf solche Rohstoffströme fokussiert, die keine konkurrierende Verwendung in der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie erfahren.
Chemisch gesehen handelt es sich bei den angestrebten Umwandlungen um Hydrodeoxygenierungen, d.h. Wasserstoff wird als Reduktionsmittel verwendet, um sauerstoffhaltige Funktionalitäten aus dem Substratmolekül zu entfernen. Bisher haben diese Umwandlungen aufgrund der hohen Anzahl von funktionellen Gruppen in Kohlenhydraten mit Herausforderungen hinsichtlich der Selektivität zu kämpfen, was zu einer geringen Ausbeute an gewünschten Produkten führt. Hier müssen wir zum oben genannten Effizienzaspekt der Nachhaltigkeit zurückkehren.
Die Verwendung von Katalysatoren wird schon lange als eines der sogenannten Prinzipien der Grünen Chemie anerkannt, da die Katalyse selektive chemische Umwandlungen ermöglicht und zu reduzierten Abfallströmen führt. Daher sind geeignete Katalysatoren für die Hydrodeoxygenierung von Kohlenhydraten äußerst wünschenswert, und ihre Entwicklung steht folglich im Mittelpunkt von CARBO-DIOL2.0.
Wir bringen Experten aus der Katalysatorsynthese, der Feststoffcharakterisierung, der Hochdurchsatztestung, der Optimierung und der Simulation zusammen, um einen datengetriebenen Workflow für die Identifizierung neuartiger Hydrodeoxygenierungskatalysatoren aufzubauen. Das mechanistische Verständnis der Kohlenhydrathydrierung und die Korrelation von Katalysatoreigenschaften mit Selektivitätsindikatoren stehen im Mittelpunkt dieses Unterfangens. Darüber hinaus repräsentieren die Projektpartner die Bereiche der molekularen, hybriden und heterogenen Katalyse und ermöglichen eine technologieoffene Suche nach Lösungen. Wir halten uns an die Prinzipien der grünen Chemie über die Katalyse hinaus und streben an, den Einsatz von Edelmetallen zu reduzieren oder zu vermeiden und umweltverträgliche Lösungsmittel einzusetzen.
Am Ende des Vorhabens sollen wichtige Schritte hin zu einer kommerziellen Synthese von α-ω-Diolen aus Kohlenhydraten über katalytische Technologien gelungen sein.
