Bornitrid löst Rohstoffproblem

Hexagonales Bornitrid
Bild: Benjah-bmm27 [Public domain] / Wikimedia Commons

Die anorganische Verbindung Bornitrid (BN) katalysiert die Umwandlung von Propan zu Propen. Diese überraschende Beobachtung haben Chemiker der University of Wisconsin gemacht. Die Forscher um Prof. Ive Hermans berichten ihren Fund im Fachmagazin Science. Propen ist in der chemischen Industrie heiß begehrt, vor allem in Zeiten knapp werdender Erdgasvorkommen.

Herkömmliche Verfahren lohnen kaum

Bisher wird der wichtige Grundstoff mit sogenannten „Steamcrackern“ aus Naphta, einem leicht siedenden Rohbenzin, hergestellt. Das ist aber sehr energieaufwändig und wird immer unattraktiver. Denn statt Rohbenzin wandert immer häufiger Schiefergas in die Steamcracker, das eine geringere Ausbeute an Propen liefert. Die chemische Industrie sucht deshalb seit Jahrzehnten nach einem geeigneten Katalysator, der gezielt Propen herstellt – bislang aber mit unbefriedigenden Ergebnissen.

Die Lösung dieses Problems kommt von einer völlig unerwarteten Seite: Bornitrid ist eine Verbindung, die sich sehr ähnlich verhält wie Kohlenstoff. Das bedeutet, es kann Strukturen annehmen, die dem Graphit oder sogar Diamanten ähneln. Selbst Nanoröhren aus Bornitrid sind der Wissenschaft schon seit 21 Jahren bekannt. Entsprechend wird Bornitrid hauptsächlich als Schmier- („weißes Graphit“) oder Schleifmittel („anorganischer Diamant“) eingesetzt.

Bornitrid-Nanotubes (BNNT) liefern deutlich mehr Propen als ein herkömmlicher Vanadiumkatalysator. Bild: Grant et al., Science 2016
Bornitrid-Nanoröhren (BNNT) liefern deutlich mehr Propen als ein herkömmlicher Vanadium-Katalysator. Bild: Grant et al., Science 2016

Schwermetallfrei, kostengünstig und klimafreundlich

Dass sowohl Nanoröhren als auch Nano-Plättchen aus Bornitrid katalytisch aktiv sind, ist zwar überraschend, aber nicht unerwartet. Denn von den Kohlenstoff-Varianten weiß man bereits, dass sie ähnliche Reaktionen katalysieren. Der Vorteil von Bornitrid ist, dass als Nebenprodukte harmloses Wasser und begehrtes Ethylen anfallen. Normalerweise entsteht bei diesen Reaktionen nämlich giftiges Kohlenstoffmonoxid (CO) im Gemisch mit dem Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO2). Gleichzeitig ist die Reaktion exotherm. Die Reaktion kann deshalb bei viel geringeren Temperaturen ablaufen, was der Industrie etwa 45 % der Energiekosten spart.

Während man bis vor kurzem noch nicht einmal wusste, dass Bornitrid überhaupt irgend eine Reaktion katalysieren kann, steht das Material plötzlich an erster Stelle in der Herstellung von Propen. Vertreter der Erdölindustrie sind sehr optimistisch, dass Bornitrid ihnen dabei hilft den wichtigen Rohstoff energiesparender, kostengünstiger und umweltfreundlicher herzustellen.

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