Forschende der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz haben ein elektrochemisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Ameisensäure und Wasserstoff aus dem Abfallprodukt Glycerin herstellen lassen. Der Prozess basiert auf elektrischem Strom und kann bei Einsatz erneuerbarer Energie CO2-neutral betrieben werden. Damit eröffnet sich ein neuer Weg, um chemische Rohstoffe ohne fossile Ausgangsstoffe zu erzeugen.
Im Mittelpunkt steht die stoffliche Nutzung von Glycerin, das bei der Biodiesel-Produktion in großen Mengen anfällt. Statt diesen Stoff lediglich als Nebenprodukt zu behandeln, dient er hier als Ausgangsmaterial für zwei wirtschaftlich relevante Produkte. Ameisensäure wird in zahlreichen industriellen Anwendungen eingesetzt, während Wasserstoff als Energieträger zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Strombasierte Chemieprozesse statt fossiler Rohstoffnutzung
Der entwickelte Ansatz zielt auf die Elektrifizierung chemischer Produktionsprozesse ab, die bislang stark von Erdöl oder Erdgas abhängen. Durch den Einsatz von Strom können solche Verfahren perspektivisch unabhängig von fossilen Ressourcen gestaltet werden. Dies ist vor dem Hintergrund relevant, dass die chemische Industrie ihre Prozesse zunehmend auf emissionsärmere Technologien umstellt.
Ameisensäure wird konventionell aus fossilen Rohstoffen gewonnen, was mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden ist. Die elektrochemische Herstellung aus Glycerin stellt eine Alternative dar, bei der dieser Grundstoff ohne fossile Einsatzstoffe erzeugt werden kann. Gleichzeitig fällt Wasserstoff als weiteres Produkt an, sodass chemische Rohstoffproduktion und Energieträgergewinnung in einem Prozess zusammengeführt werden.
Glycerin-Elektrolyse als Erweiterung bekannter Verfahren
Ausgangspunkt der Entwicklung ist die klassische Wasserstoff-Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. In dem neuen Ansatz wird Glycerin als zusätzlicher Reaktionspartner eingesetzt. Anstelle von Sauerstoff entsteht dabei Ameisensäure als zweites Produkt der Elektrolyse.
Chemisch wird das aus drei Kohlenstoffatomen bestehende Glycerin schrittweise abgebaut. Das Ergebnis ist Ameisensäure mit nur einem Kohlenstoffatom. Dieser gezielte Umbau verbindet die Nutzung eines Abfallstoffs mit der Herstellung eines industriell gefragten Moleküls und erweitert das bekannte Elektrolyseprinzip um eine stoffliche Komponente.
Kupfer und Palladium steuern die Bildung von Ameisensäure
Eine zentrale Rolle spielt ein neu entwickelter Katalysator, bei dem Kupfer und Palladium auf atomarer Ebene eng benachbart sind. Diese spezielle Materialstruktur beeinflusst den Reaktionsverlauf so, dass die Bildung von Ameisensäure bevorzugt wird. Begleitend dazu wurde untersucht, wie das Material wirkt und an welchen Stellen es gezielt optimiert werden kann.
Weitere Schritte konzentrieren sich auf die Reduktion der Materialkosten, insbesondere durch den möglichen Ersatz des teuren Edelmetalls Palladium. Zudem wird geprüft, ob sich das Verfahren erweitern lässt, um neben Ameisensäure auch Methanol zu erzeugen. Aufgrund des deutlich höheren Bedarfs an Methanol könnte dies die industrielle Relevanz des Ansatzes weiter erhöhen.
Die Arbeiten sind im Profilbereich SusInnoScience der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz verankert, der nachhaltige chemische und biotechnologische Produktionsverfahren entwickelt. Unterstützt wird die Forschung durch das Land Rheinland-Pfalz sowie durch die Zusammenarbeit der Rhein-Main-Universitäten. Beteiligt waren außerdem international geförderte Postdoktorandinnen und Postdoktoranden.
Originalpublikation: S. Abera Chala et al., Molecular Bottom-Up Design of Single-Site Copper-Palladium Catalysts for Selective Glycerol Electro-Oxidation, Advanced Energy Materials, 6. Januar 2026, DOI: 10.1002/aenm.202504456