Keine Frage – ohne Zeolithe wäre die Bewegung auf der Welt nicht möglich. Zeolithe spielen in vielen Bereichen des Alltags eine wichtige Rolle. Zum Beispiel, wenn es darum geht, Benzin herzustellen; im Waschpulver sind sie für die Wasserentkalkung verantwortlich; sie Trocknen das Geschirr in unseren Spülautomaten und man braucht sie, um reinen Sauerstoff zu produzieren.
Wissenschaftlern der FAU gelang es vor Kurzem, ganz neue schichtförmig aufgebaute Zeolithe herzustellen. Diese neuen Zeolithe ermöglichen den Ablauf verschiedener chemischer Prozesse in Zukunft wesentlich schneller, viel billiger und die Umwelt schonender zu gestalten. Auf der 6. Europäischen Zeolithkonferenz in Leipzig im September des vergangenen Jahres konnten die neuesten Forschungsergebnisse den Konferenzteilnehmern vorgestellt werden.
Bei Zeolithen handelt es sich um Silikate, die eine sehr feste aber poröse Struktur haben. Minerale dieser Art kommen mal mehr und mal weniger in fast überall in der Erdkruste vor. Zu Beginn der Fünfziger Jahre des vorigen Jahrtausends hat man begonnen, sie künstlich herzustellen. Die speziellen Eigenschaften der Zeolithe machen sich die Wissenschaftler ganz unterschiedlich zunutze. Die Kristalle haben einen minimalen Durchmesser, der weniger als einen Nanometer beträgt. In vielen chemischen Prozessen sind die engen Poren der Zeolithkristalle so etwas wie ein Sieb. Quasi ein Molekülfilter, bei dem die kleinen Moleküle hindurchlaufen und die größeren Moleküle nicht. Zudem sind sie als Katalysatoren geeignet. An ihre poröse Oberfläche lassen sich Moleküle anhängen, die infolge vorher bestimmte Reaktionen auslösen.
Ohne Zeolithe sind Waschpulver oder Benzin nicht vorstellbar.
Zeolithe sind in der modernen Chemie die Zugpferde. Das Benzin, das wir verbrauchen ist, vorher mit jedem einzelnen Tropfen durch die Filter der Zeolithkristalle geflossen. Das handelsübliche Waschmittel besteht zu einem Drittel aus Zeolithen. Den Wissenschaftlern sind derzeit 218 unterschiedliche Strukturen von Zeolith bekannt. Diese Vielfältigkeit und die enorm große Zahl der unterschiedlichen Möglichkeiten der Anwendung machen Zeolith als Mineral für die Forschung interessant. So versuchen die Wissenschaftler Materialien herzustellen, die bestimmte Eigenschaften haben. Mit diesen sollen chemische Reaktionen initiiert, besser gesteuert und optimiert werden.
Bessere Steuerung der Moleküle durch schichtartige Struktur
Ein Professor des Erlangen Catalysis Resource Center hat zusammen mit einem Forscher im Rahmen eines sogenannten Forschungsnetzwerkes EAM einen ganz neuen Typ von Katalysator entwickelt. Die Besonderheit: Der Katalysator besteht aus schichtförmigen Zeolithkristallen, die übereinander liegen. Dadurch bildet sich ein System mit unterschiedlich großen Poren. Dabei sind die großen Poren mit einem Durchmesser von einigen Nanometern im übertragenen Sinn so etwas wie eine Molekülautobahn. Sie gelangen sehr schnell ans Ziel. Die kleinen Poren, die nur einen Durchmesser von nicht einmal einem Nanometer haben, sind so etwas wie Schleichwege, auf denen nur ausgewählte Moleküle vorankommen.Diese hierarchische Struktur hat den Vorteil, dass immer genau die richtigen Moleküle deutlich schneller zu den aktiven Zentren gelangen können. Aus der Sicht eines Moleküls betrachtet ist so ein Kristall riesig. Die Fläche der Poren von nur fünf Gramm Zeolith ist vergleichbar mit der Größe eines Fußballfeldes. Bis es Molekülen gelingt, da hindurch zu kommen, vergeht einiges an Zeit. Auch kann es zu nicht gewollten Reaktionen kommen. Durch die neuen Möglichkeiten können die Forscher die Größe der Poren genau einstellen. Werden verschiedene Zeolithe miteinander kombiniert, lässt sich der Prozess steuern. Durch eine schrittweise Verkleinerung der Zeolithe sind die Geschwindigkeit und der Weg der Moleküle genauestens steuerbar.
Geringer Ressourcenverbrauch und weniger Abfall
Durch diese sogenannte hierarische Funktion des Filters werden nur noch die Moleküle zum Katalysator transportiert, die gebraucht werden. Diese Selektion ermöglicht es, genau die Produkte herzustellen, die gefragt sind. Die die sonst bei chemischen Reaktionen anfallenden Nebenprodukte fallen einfach weg. Ein anderer nicht zu unterschätzender Vorteil bei diesen extra designten Katalysatoren zeigt sich darin, dass sie länger halten und geringere Ablagerungen aufweisen.
