GECATS - Deutsche Gesellschaft für Katalyse
GECATS - Deutsche Gesellschaft für KatalyseAuf diesen Seiten stellen wir Wissenswertes rund um die Katalyse zusammen. Ausführlichere Informationen enthält die Broschüre "Katalyse in Deutschland" von 2008.
Der Autoabgaskatalysator ist der "Promi" unter den Katalysatoren: Seit seiner Einführung sorgt er dafür, daß die Luft in Deutschland und auf der ganzen Welt sauberer geworden und der saure Regen zurückgegangen ist. Nur wenige wissen dagegen, daß der Autoabgaskatalysator nur ein Spezialist unter sehr vielen Katalysatoren ist.
Nahezu alle Gebrauchsgegenstände des täglichen Lebens haben während ihrer Herstellung mindestens einmal einen Katalysator "gesehen" und sogar alles pflanzliche und tierische Leben wäre ohne die biologischen Katalysatoren (die sog. Enzyme) undenkbar.
Ein Katalysator hilft, möglichst sparsam mit den wertvollen Rohstoffen und der Energie umzugehen, und dabei trotzdem soviele verwertbare Produkte wie möglich zu erhalten. Damit wird automatisch auch die Abfallmenge möglichst klein gehalten. Katalysatoren tragen also entscheidend dazu bei, umweltbewußte und gleichzeitig kostengünstige Prozesse zu realisieren.
Die Wirkung eines Katalysators beruht darauf, daß er einer chemischen Reaktion einen neuen Weg eröffnet, auf dem die Ausgangsstoffe leichter in die Endprodukte umgewandelt werden. Dieser alternative Reaktionsweg erfordert weniger Energie und ist dadurch schneller zu durchlaufen. Aber Katalysatoren beschleunigen eine chemische Reaktion nicht nur, sondern können häufig auch das Ziel der Reaktion beeinflussen. Bei Reaktionen, die zu unterschiedlichen Produkten führen können, unterstützt der Katalysator die Bildung eines der Produkte (selektive Produktbildung). Die Vermeidung von Nebenprodukten macht einen Prozeß wirtschaftlicher, da kostenintensive Reinigungsprozesse der Produkte vermieden werden können. Kurz: Den Vorgang, eine chemische Reaktion mit Hilfe von Katalysatoren zu beschleunigen oder in eine bestimmte Richtung zu lenken, nennt man Katalyse.
Berzelius formulierte als erster 1835 das grundlegende Prinzip der katalytischen Reaktion und leitete den Begriff Katalyse von dem griechischen Wort "katalysis" ab, was "Auflösung" bedeutet.
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"tsoo mei" |
Das chinesische Ideogramm für Katalysator ("tsoo mei")
bedeutet scheinbar widersprüchlich "Heiratsvermittler". Der Widerspruch besteht nur scheinbar, da bei einer katalytischen Reaktion zunächst Bindungen gebrochen bzw. "aufgelöst" und dann neue Bindungen unter Bildung neuer Moleküle geknüpft werden; die Moleküle werden miteinander "verheiratet". Ein Katalysator wirkt dabei wie ein "Heiratsvermittler", der sich wieder diskret zurückzieht, nachdem er die beiden Partner für die "Ehe" zusammengeführt hat.
Gesundheit, Ernährung, Energie und Verkehr, Materialien und Werkstoffe - in diesen Bereichen sind die zentralen Probleme unserer Zeit zu suchen. Bei der Lösung dieser Probleme spielt die chemische Industrie eine entscheidende Rolle. Um bestimmte Produkte wirtschaftlich und umweltbewußt herstellen zu können, wird eine Verminderung des Rohstoff- und Energiebedarfes sowie die Reduzierung von Nebenprodukten angestrebt. Dieses gelingt vielfach durch den Einsatz von Katalysatoren, die u.a. in den folgenden Bereichen ihre Anwendung finden.
In den vergangenen 100 Jahren wurden entscheidende Fortschritte in der Pharmaindustrie erzielt. Arzneimittel, Hygiene- und Körperpflegeartikel müssen aber für den Kunden bezahlbar sein. Hier trägt die Katalyse entscheidend bei, da sie hilft, die Herstellungskosten zu senken. Außerdem eröffnet sie Wege zu neuen Wirkstoffen.
Die Düngemittelproduktion, mit der maßgeblich zur Sicherung der Ernährung der Weltbevölkerung beigetragen wird, wäre ohne Katalysatoren nicht möglich. Bei der Synthese von Ammoniak aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff senkt der Katalysator die Energiebarriere und ermöglicht so die Reaktion. Ammoniak stellt eines der wichtigsten Produkte der chemischen Industrie dar und findet zu ca. 80% Anwendung in Form von Düngesalzen; aber auch Kunststoffe, Farbstoffe und Explosivstoffe werden aus Ammoniak hergestellt.
Die Rolle der Katalyse bei der Produktion neuer Materialien und Werkstoffe wird vor allem im Bereich der Kunststoffe deutlich, deren Einsatz aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken ist. Katalytische Prozesse sind bei der Herstellung von Kunststoffen sowohl an der Erzeugung der Einzelbausteine als auch an der eigentlichen Polymerisation, die zum Polymer (Kunststoff) führt, beteiligt.
Die Rolle der Katalyse im Energiesektor ist vielfältig. Im Bereich des Umweltschutzes werden katalytische Prozesse beispielsweise zur Reinigung von Autoabgasen, aber auch von Abgasen aus Kraftwerken und anderen Industrieanlagen eingesetzt. Sie erlangen aufgrund der gesetzlichen Auflagen zur Verringerung von Emissionen immer größere Bedeutung. Auch bei den alternativen Energien, wie z.B. in der Brennstoffzelle, spielen katalytische Prozesse eine Rolle. Hierbei wird durch die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff die chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt, wobei als Reaktionsprodukt Wasser entsteht. Katalysatoren sind dabei sowohl an der Herstellung von Wasserstoff (z.B. durch Methanolreformierung) als auch an der eigentlichen Brennstoffzellenreaktion beteiligt.