Heterogene Katalyse

Chemische Verfahren laufen heute meist mit katalytischer Unterstützung: Katalysatoren beschleunigen die Reaktionen oder ermöglichen sie gar erst, und zwar ohne sich selbst zu verändern. Bei der heterogenen Katalyse befinden sich der Katalysator und die Reaktionspartner in unterschiedlichen „Phasen“, wie Chemiker sagen, d.h. Aggregatzuständen.

Reaktor- und Messstand
©Thomas Häntzschel
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Oft ist der Katalysator, etwa im Auto-Kat, fest. Ausgangsstoffe, Gase oder Flüssigkeiten, strömen an ihn vorbei und werden durch den Kontakt zur Reaktion angeregt. Vorteile gegenüber der homogenen Katalyse sind, dass sich Reaktionspartner und Produkte leicht trennen lassen und der Katalysator leicht wieder aufbereitet werden kann.

Den Begriff Katalyse prägte Jöns Jakob Berzelius im 19. Jahrhundert, als er Gemeinsamkeiten von recht unterschiedlichen chemischen Reaktionen entdeckte: etwa der Dehydrierung von Alkoholen zu Aldehyden an glühenden Metallen oder dem Zerfall von Ethanol zu Ethylen und Wasser an Tonerde. Neben Ausgangsstoffen und Produkten spielt immer noch ein weiterer Stoff mit, der sich selbst offenbar aber nicht verbraucht.
Ein Klassiker ist die Ammoniaksynthese, die vor gut hundert Jahren die Welternährungslage sicherte, nachdem die natürliche Quelle von Stickstoffdünger, Salpeter, zur Neige ging. Das Haber-Bosch-Verfahren „erntet“ den Stickstoff aus der Luft für die Düngerproduktion, und zwar indem es das Distickstoffmolekül (N2), eine Form, die die meisten Pflanzen nicht verarbeiten können, mittels Wasserstoff und Eisenkatalysator „knackt“.

Zu den heutigen Aufgaben der heterogenen Katalyse zählt es z.B., Kohlendioxid aus der Luft zu sinnvollen chemischen Reaktionen zu bewegen und damit gewissermaßen einen Klimakiller zu einem Rohstoff zu machen. Solche Arbeiten können nach und nach die bisherigen fossilen Grundlagen der Grundstoffwirtschaft – Kohle, Erdöl und -gas – ablösen und die Chemie auf eine neue, eine grüne, Basis stellen: nämlich erneuerbare Energien und nachwachsende Rohstoffe.