Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Carsten Streb am Institut für Chemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat kürzlich erfolgreich eine neue Methode entwickelt, um effizient Formiat und Wasserstoff aus dem industriellen Abfallstoff Glycerin zu gewinnen. Das Verfahren basiert auf einem elektrochemischen Prozess, der mit nachhaltigem Strom betrieben wird und keine CO₂-Emissionen erzeugt. Es bietet somit einen neuen Weg für die grüne chemische Industrie. Die zugehörigen Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Advanced Energy Materials“ veröffentlicht.
Der Kern der Methode liegt in der Verbesserung der traditionellen Wasserelektrolyse durch die Einführung einer „Hybrid-Elektrolyse“-Strategie, bei der Glycerin neben Wasser als weiterer Rohstoff eingesetzt wird. Glycerin ist ein Hauptnebenprodukt bei der Biodieselherstellung und wird normalerweise als Abfall betrachtet. Im Elektrolyseprozess wird elektrische Energie genutzt, um gleichzeitig Wasser und Glycerin zu spalten, wodurch Wasserstoff und Formiat (das Salz der Ameisensäure) entstehen – und nicht der bei der herkömmlichen Wasserelektrolyse produzierte Sauerstoff. Vom chemischen Wesen her besitzt das Glycerinmolekül ein Gerüst aus drei Kohlenstoffatomen, das durch die Elektrolyse in das nur ein Kohlenstoffatom enthaltende Formiat aufgespalten wird. Diese Umwandlung ermöglicht eine hocheffiziente Nutzung der Kohlenstoffressource. Wird der gesamte Prozess mit grünem Strom betrieben, ist die Produktion vollständig CO₂-neutral und steht damit in starkem Kontrast zu den herkömmlichen, auf Erdöl basierenden Methoden der Formiatherstellung, die mit erheblichen Kohlenstoffemissionen einhergehen.
Der entscheidende Durchbruch der Forschung war die Entwicklung eines neuartigen Katalysators, der auf molekularer Ebene die beiden Metalle Kupfer und Palladium fest miteinander verbindet. Professor Streb betont, dass das Team nicht nur erfolgreich diesen Katalysator synthetisiert hat, sondern durch experimentelle und theoretische Analysen auch ein tiefes Verständnis seines Wirkmechanismus erlangte, was die Grundlage für eine Leistungsoptimierung bildet. Diese theoretischen Erkenntnisse wurden durch eine Kooperation mit der National Taiwan University of Science and Technology ermöglicht. Das Design des Katalysators ermöglicht eine effiziente Glycerin-Elektrolyse unter milden Bedingungen, die selektiv Formiat und Wasserstoff erzeugt und Nebenreaktionen vermeidet. Derzeit arbeitet das Team daran, die Katalysatoreffizienz weiter zu steigern und zu erforschen, ob das teure Palladium durch auf der Erde häufiger vorkommende Metalle ersetzt werden kann, um die Kosten zu senken und die praktische Anwendung voranzutreiben.
Die Bedeutung dieser Forschungsergebnisse liegt darin, dass sie eine praktikable Lösung für die Elektrifizierung und Dekarbonisierung der chemischen Industrie bieten. Professor Streb hebt hervor, dass diese Methode das Potenzial hat, die großtechnische Kommerzialisierung voranzutreiben und chemische Produktionsprozesse, die derzeit auf Erdöl oder Erdgas angewiesen sind, auf die Nutzung nachhaltigen Stroms umzustellen, wodurch die industriellen Kohlenstoffemissionen erheblich reduziert werden könnten. In Zukunft plant das Team, die Anwendungskette dieser Technologie zu erweitern, beispielsweise durch eine sekundäre reduktive Elektrolyse, um Formiat in den stärker nachgefragten Methanol umzuwandeln und so den Wert der Ressourcenkreisläufe weiter zu steigern. Diese Forschung ermöglicht nicht nur eine hochwertige Nutzung von Abfallstoffen, sondern eröffnet auch neue Wege für die grüne Produktion von sauberen Energieträgern (wie Wasserstoff) und chemischen Rohstoffen, was den strategischen Anforderungen einer globalen nachhaltigen Entwicklung entspricht.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Soressa Abera Chala et al., Titel: „Molecular Bottom-up Design of a Single-Site Copper-Palladium Catalyst for Selective Glycerol Electrooxidation“, veröffentlicht in: „Advanced Energy Materials“ (2026). Zeitschrifteninfo: „Advanced Energy Materials“
