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Katalysatoren für die grüne Chemie

Regina
Palkovits

Beruf

promovierte Chemikerin

Position

Professorin am Lehrstuhl für Heterogene Katalyse und Technische Chemie am Institut für Technische und Makromolekulare Chemie der RWTH Aachen

Regina Palkovits
Quelle: 
Carsten Terres

Für Regina Palkovits ist die Katalyse das Schlüsselwerkzeug für die grüne Chemie. An der RWTH Aachen entwickelt die Chemie-Professorin Verfahren, um nachwachsende Rohstoffe wie Holz für die Industrie nutzbar zu machen.

Regina Palkovits ist eine Grenzgängerin. Seit Jahren bewegt sie sich zielstrebig entlang dem innovativen Grat zwischen Grundlagen- und anwendungsnaher Forschung. Die Natur nicht nur verstehen, sondern dieses Wissen auch für die Praxis nutzbar machen, dieser Gedanke hat die gebürtige Essenerin seit jeher gereizt und treibt sie bis heute an. Schülerpraktika im Forschungslabor von Coca-Cola oder beim Energieversorger RWE, dazu die vielen Gespräche mit ihrem Vater, einem Ingenieur, prägten ihren Wunsch, Chemieingenieurwesen zu studieren. „Für mich sind Ingenieurwissenschaften die Schnittstelle, wo man mit Themen der Naturwissenschaften in die Anwendung geht“, sagt Palkovits.

Nach ihrem Studium 2003 ging Palkovits ans Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim an der Ruhr, wo sie ihre Diplomarbeit und die Promotion absolvierte. Seither ist die Katalyse ihr Forschungsfeld. Mit 30 wurde sie Professorin an der RWTH Aachen. Seit 2013 hat sie den Lehrstuhl für heterogene Katalyse und technische Chemie an der RWTH inne.

Katalyse ermöglicht vollständige Rohstoffnutzung

Die 37-Jährige ist überzeugt: „Katalyse ist der Schlüssel zu einer 100%igen Nutzung von Rohstoffen. Mit dem richtigen Katalysator braucht das Verfahren geringere Temperaturen, es geht schneller und man gelangt selektiver zum gewünschten Zielprodukt.“

Bert Weckhysen von der Universität Utrecht in den Niederlanden war es, der Palkovits während ihres Postdocs für die katalytische Umsetzung nachwachsender Rohstoffe begeisterte. Am MPI in Mülheim übernahm Ferdi Schüth die Rolle des Mentors und unterstützte sie dabei, natürliche Ressourcen besser nutzbar zu machen. Seither konzentriert sich Palkovits auf die sogenannte heterogene Katalyse – bei der Katalysator und die reagierenden Substanzen in jeweils anderen Phasenzuständen existieren, der Katalysator dabei meist als Feststoff und die umzusetzenden Substanzen flüssig oder gasförmig.

Holzabfälle für die Chemie nutzbar machen

Ein Schwerpunkt ihrer Arbeit: Die Hauptbestandteile Cellulose, Hemicellulose und Lignin aus Reststoffen wie Holzabfällen für die Chemie nutzbar machen. Mittels von ihr entwickelter Katalyseverfahren gelang es Regina Palkovits, aus diesen Abfällen aus der Landwirtschaft für die chemische Industrie wertvollen Verbindungen zu gewinnen. Die Basis bildet ein sogenannter Metallträger-Katalysator. Der Träger, bestehend z.B. aus Aktivkohle, wie sie in Wasserfiltern genutzt wird, wird hierbei mit Nanopartikeln aus Metall versehen.

Basischemikalien aus Cellulose

Die Reaktionen finden dann in Wasser, manchmal mit Wasserstoffdruck, in einem geschlossenen Druckreaktor statt: „Das ist fast wie Kartoffeln im Schnellkochtopf zu kochen. Man gibt Wasser, Cellulose und Katalysatorpulver hinein, schließt den Deckel, gibt Wasserstoff dazu und heizt. So kann man ein komplexes Riesenmolekül wie Cellulose in seine einzelnen Bausteine zerlegen und erhält eine Basischemikalie“, beschreibt Palkovits eines ihrer Verfahren. Mit dieser „Küchentaktik“ konnte beispielsweise Cellulose in Ethylenglykol, das für die Herstellung von Polymeren benötigt wird, und Propylenglykol, das in Frostschutzmitteln Anwendung findet, als Basischemikalie verwandelt werden.

Auszeichnungen für Katalyse-Forschung

Für ihre Arbeiten wurde die Aachener Professorin bereits mehrfach ausgezeichnet, darunter 2010 mit dem Innovationspreis des Landes Nordrhein-Westfalen und 2016 mit dem DECHEMA-Preis der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie, der mit 20.000 Euro dotiert ist.

Darüber hinaus forscht Palkovits auch an katalytischen Verfahren, mit denen wichtige Stoffe für die Pharmaindustrie und Feinchemie hergestellt werden können. „Wir schauen uns zum Beispiel die Herstellung seltener Zucker an, die in Krebsmedikamenten aber auch für Süßstoffe genutzt werden. Außerdem haben wir ein Verfahren patentiert, mit dem wir die Substanz Pyrrolidon sehr effizient aus fermentativ gewonnenen Säuren herstellen können. Damit ist das Polymer Polyvinylpyrrolidon (PVP) zugänglich, das aufgrund der guten Wasserlöslichkeit sowie Ungiftigkeit in vielen Kosmetikprodukten und Pharmaka Anwendung findet“, erklärt Palkovits.

Von der Forschung in die Anwendnung

Das Patent für die Feinchemikalie ist übrigens das Ergebnis eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes. Im Dezember beginnt mit der Machbarkeitsphase nun die zweite Etappe des Vorhabens „Biogene Pyrrolidone“. Gemeinsam mit Industriepartnern will Palkovits in den kommenden Jahren den Mehrwert des neuartigen Katalyseverfahrens bei der Herstellung der Feinchemikalie unter Beweis stellen. Wenn das gelingt, könnte der Wunsch von Regina Palkovits also bald wahr werden. Denn neben Anerkennung strebt die Grenzgängerin vor allem nach einem: „Lieber als ein Preis wäre mir, dass eines meiner Verfahren es aus der Forschung in die Anwendung schafft.“ Die Aussichten dafür sind gut.

Autorin: Beatrix Boldt

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