Lösungsmittel sind aus der Chemie nicht wegzudenken, doch ihre Entsorgung ist oft problematisch, weil viele der Stoffe umweltschädlich sind. Biobasierte Lösungsmittel wären eine gute Alternative, doch nur ein kleiner Teil der jährlich produzierten 20 Millionen Tonnen entsteht auf diese Weise. Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben mit Dimethylfuran ein Lösungsmittel gefunden, das sie biobasiert herstellen können. In einem neuen Forschungsprojekt soll es nun industrietauglich weiterentwickelt werden.

Um den Faktor 40 hochskalieren

Ausgangspunkt der Synthese von Dimethylfuran ist die Verbindung 5-Hydroxymethylfurfural, das sich aus Biomasse herstellen lässt. Doch die bisherige Synthese ist zum einen nur in kleinem Maßstab erfolgt und soll noch in einem 40-fach größeren Maßstab etabliert werden. Zum anderen wollen die Forschenden mehrere Prozessparameter optimieren. So soll das Verfahren für die industrielle Anwendung attraktiver werden. Mit im Team sind dazu neben der RUB das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Straubing und der Industriepartner AURO Pflanzenchemie AG. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Vorhaben von Oktober 2022 bis September 2025 mit 214.200 Euro.

Prozessparameter umweltfreundlicher gestalten

Um Energiekosten zu senken, wollen die Forschenden die Reaktionstemperatur von 160 auf 130 Grad verringern. Dazu muss wahrscheinlich der aktuelle Katalysator, Nanopartikel aus Palladium, angepasst werden. Außerdem erfordert auch diese Lösungsmittelherstellung ihrerseits ein Lösungsmittel. Das sollte natürlich ebenfalls umweltfreundlich sein. Dazu hat das Team auch eine klare Vorstellung: „Wir wollen Wasser als Lösungsmittel verwenden, weil die Reaktion möglichst unbedenklich für Mensch und Umwelt ablaufen soll“, erläutert der technische Chemiker Baoxiang Peng von der RUB.

Fertige Rezepte für Farben und Lacke

Der optimierte Prozess muss sich dann mit Hilfe der IGB-Verfahrenstechniker außerhalb des Labormaßstabs bewähren: „So skalieren wir die Umsetzung von HMF zu DMF in einen Litermaßstab hoch und reinigen das Produkt im Anschluss auf“, erklärt Ferdinand Vogelsang vom IGB. „Danach testen wir das Endprodukt als Lösungsmittel und als Extraktionsmittel für Naturstoffe, bevor es an unseren Industriepartner geht.“ Läuft alles nach Plan, wollen die Projektbeteiligten der Industrie ausgearbeitete Rezepte zur Verfügung stellen, um Dimethylfuran in der Produktion von umweltfreundlichen Farben und Lacken einzusetzen.

bl