Wissenschaftler gründen neue internationale Forschergruppe zur Entwicklung nachhaltiger chemischer Infrastruktur
22.10.2015
Bei der Herstellung chemischer Stoffe könnte Erdöl vielleicht schon bald durch Holz ersetzt werden. Die Forschungen zum Ersatz von Erdöl durch nachwachsende Rohstoffe in der Chemie sind jedenfalls einen bedeutenden Schritt vorangekommen. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der University of Alabama in Tuscaloosa, USA, haben zwei Wirkstoffe aus holzbasierten Ausgangsmaterialien hergestellt und gezeigt, dass sich die üblicherweise auf Erdölprodukten beruhenden Synthesen ohne wirtschaftliche Verluste ersetzen lassen. "Unsere Idee ist es, dass wir Alltagsprodukte aus erneuerbaren Ressourcen herstellen, ohne dass wir dadurch die Umwelt schädigen, aber trotzdem wirtschaftlich konkurrenzfähig bleiben", erklärt Prof. Dr. Till Opatz von der JGU dazu. Die Forschungsarbeit wurde im renommierten Fachmagazin Angewandte Chemie veröffentlicht und von der Redaktion als Titelbeitrag ausgewählt.
Am Institut für Organische Chemie der JGU beschäftigt sich die Gruppe um Opatz im Rahmen des Forschungsverbundes Chemische Biomedizin (ChemBioMed), gefördert durch die Carl-Zeiss-Stiftung, mit der Synthese von Wirkstoffen, die unter anderem das Wachstum von Tumorzellen hemmen. Die US-Forscherkollegen unter Leitung von Prof. Dr. Anthony J. Arduengo, III. waren hingegen an der Verwendung von Holzinhaltsstoffen für die nachhaltige Herstellung einer breiten Palette chemischer Grundstoffe, etwa für die Produktion von Autolacken, interessiert. Auf einer Fachtagung in Goslar vor zwei Jahren stellten die beiden Forscher fest, dass sich ihre Ansätze hervorragend ergänzen würden, wenn man sie in geeigneter Weise kombiniert. Seither fand ein intensiver Austausch von Wissenschaftlern und Studierenden zwischen Mainz und Tuscaloosa statt, um diese Zusammenarbeit zu befeuern.
Gemeinsam konnten die beiden Teams nun zeigen, dass sich die üblicherweise auf Erdölprodukten basierenden Synthesen der verschiedenen Wirkstoffe so abändern lassen, dass die Kohlenstoffgerüste ihrer Moleküle ausschließlich aus holzbasierten Ausgangsmaterialien aufgebaut werden. Dabei gab es im Falle einer Zielverbindung, des Naturstoffes Ilicifolin B, keine Vergleichsmöglichkeit mit klassischer Petrochemie, da es sich um die erste Synthese dieser Substanz überhaupt handelte. Im Falle von Derivaten des natürlichen Schmerzmittels Morphin übertraf jedoch die Effizienz der xylochemischen Synthese sämtliche zuvor bekannten petrochemischen Varianten deutlich.
"Dies zeigt, dass die Verwendung von Holz als nachwachsender Ressource nicht mit einer Reduktion der Wirtschaftlichkeit verbunden sein muss", so Daniel Stubba, Erstautor der Veröffentlichung von der JGU. "Die Xylochemie, also die chemische Synthese aus Holz, könnte einen wichtigen Beitrag zum Ersatz der endlichen und auch klimaschädlichen Erdöl- und Erdgasnutzung in der chemischen Produktion leisten." Weitere Untersuchungen sollen nun andere Fragestellungen aus dem gleichen Themenkreis adressieren. Dazu wurde eine internationale Forschergruppe mit Namen STANCE (Sustainable Technology for a new Chemical Economy) gegründet. Sie bringt Wissenschaftler aus den USA, Deutschland, Japan und Kanada zusammen, die gemeinsam an der Entwicklung einer alternativen, nachhaltigen chemischen Infrastruktur arbeiten, welche nicht auf endlichen Ressourcen beruht, ökologische Ungleichgewichte vermeidet und dennoch kostengünstig ist.
Holz beinhaltet eine Palette von möglichen Ausgansstoffen, die aufgrund ihrer chemischen Struktur für viele Anwendungen besser geeignet sind als Erdölprodukte. Letztere müssen oft erst aufwendig umgewandelt werden, um die gleiche Funktionalität zu erreichen. "Holz als erneuerbare und einfach zugängliche Ressource ist ein ideales Ausgangsmaterial. Seine Inhaltsstoffe gleichen einem Baukasten, aus dessen Bausteinen Produkte für eine modere Gesellschaft hergestellt werden können", erklärt Prof. Dr. Till Opatz mit einem Hinweis darauf, dass gerade Alabama und Deutschland, wie auch Kanada, über reiche Holzvorkommen verfügen.