Neue Technik säubert den Sprit
Ein neues Verfahren aus den USA könnte helfen, den Schwefelgehalt von Kraftstoffen weiter zu verringern
Mit den bisherigen Filtern ließen sich bessere Grenzmarken wohl kaum erreichen
Heutzutage enthält Benzin weitaus weniger Schwefel als früher. So sank der Anteil an Schwefeldioxid bei der Verbrennung deutlich. Die Konsequenz: Weniger saurer Regen tropft auf unsere Umwelt. Jedoch könnte der Schwefelgehalt der Atmosphäre durchaus noch weiter reduziert werden. Voraussetzung: Neue, noch sparsamere Automotoren benötigen noch niedrigere Normen und Grenzwerte für Schwefel im Sprit.
So hat die amerikanische Umweltschutzbehörde Environment Protection Agency (EPA) den Schwefelgehalt für normales Benzin von derzeit 300 ppmw (parts per million weight/Gewichtsanteile) bis ins Jahr 2004 auf 30 gedrückt und für Dieselkraftstoff von immerhin 350 ppmw bis 2006 auf nur 15.
In Europa wird ab dem Jahr 2005 die Marke von 50 ppmw vorgeschrieben, und in einigen europäischen Ländern wie beispielsweise Deutschland gilt sogar die Marke von 10 ppmv (parts per million volume/Volumenanteile).
Insgesamt ist aber die Situation in den USA zurzeit wegen der relativ hohen Werte sehr kritisch. Daher könnte ein neues Verfahren aus den USA helfen, den Gehalt an schwefelhaltigen Verbindungen im Sprit noch weiter zu senken. So hat das Forscherteam von Ralph T. Yang an der Universität von Michigan in Ann Arbor ein Molekülsieb entwickelt, das aus einem neuen Typ eines Zeolithen besteht.
Darunter verstehen Forscher hochporöse Festkörper aus Aluminiumsilikaten, die viele Kanäle und Hohlräume vorweisen. Darin können sich wiederum andere Moleküle oder Atome – meist Alkalimetallionen wie Natrium oder Erdalkalis wie Calcium – verstecken. Dem Team um Yang gelang die Darstellung solcher Zeolithe, die statt Natrium oder Calcium über Kupfer- beziehungsweise Silberionen verfügen. Die Idee: Auch schwefelhaltige Moleküle verfangen sich im Labyrinth eines solchen Festkörpers. Dabei können die Metallionen – anders als leichte Metalle – die Schwefelmoleküle aus den Kraftstoff über eine so genannte Pi-Komplexierung binden und auf diese Weise elegant herausfischen.
Zunächst stellten die Forscher aus den bekannten Natriumsilikaten die neuen Zeolithe per Ionenaustauscher her. Anschließend ließen sie den schwefelhaltigen Kraftstoff im Labor mit Zeolith-Partikeln reagieren. Der Vorteil dieses Verfahrens: Anders wie früher, als Wissenschaftler unter sehr hohen Temperaturen und mit hohen Drücken arbeiten mussten, gelang diese Reaktion bei Raumtemperatur und gemäßigtem Druck.
Der Schwefel, der hier hauptsächlich in Form einer organischen Verbindung namens Thiophen vorkam, wurde vom Metallion – zum Beispiel dem einwertigen Kupfer – in einem Pi-Komplex gebunden.
Dabei überlappen die Orbitale des Metalls mit den Pi-Elektronenwolken der Doppelbindung im Thiophen. Und diese Art der Bindung ist durchaus stabil: Wird auf diese Weise doch beispielsweise das Sauerstoff im Bluthämoglobin an das zentrale Eisenatom gebunden.
Das Verfahren, die hochporösen Zeolithe als molekulare Siebe einzusetzen, ist seit einiger Zeit bekannt. Als neu gilt, bestimmte Übergangsmetalle als Komplexbildner einzusetzen und solche schwefelhaltigen Substanzen einzufangen, die bislang im Benzin verblieben waren. „Die Schwefelkapazität liegt Größenordnungen über denen bekannter Filtermaterialien“, freut sich Ralph T. Yang. Mit den bisherigen Filtern, die meist Katalysatoren aus Nickel, Kobalt, Molybdän und Aluminiumoxid benutzen, ließen sich neue, bessere Grenzmarken wohl kaum erreichen, glaubt der Chemiker. Dieses neue Material habe dagegen die Fähigkeit, die Schwefelanteile bei geringeren Kosten – wegen der milden Versuchsbedingungen – in kurzer Zeit zu senken. Am Ende bleibt ein Schwefelwert von 40 ppmw. Doch in welcher Weise das Verfahren beitragen kann, die Standards in den USA eines Tages noch weiter zu senken, bleibt abzuwarten. JOACHIM EIDING
