MOF-Synthese: Doppelte Reichweite für Erdgas-Autos

Erdgas-Fahrzeuge sollen in Zukunft mit einer Tankfüllung doppelt so weit fahren können wie bisher – dank metallorganischer Materialien, den sogenannten MOFs. BASF-Forscher haben nun ein innovatives Verfahren entwickelt, mit dem sich diese Materialien zur besseren Gasspeicherung erstmals im Industriemaßstab lösungsmittelfrei herstellen lassen. Die nach dem neuen Verfahren produzierten MOFs werden derzeit zur Erdgasspeicherung im Schwerlasttransport getestet.

Neue Perspektiven für alternative Antriebstechniken

Wegen ihrer besonderen Struktur und großen Oberfläche eröffnen die MOFs neue Perspektiven für alternative Antriebstechniken, in der Katalyse, als Nanoreaktoren oder bei der Wirkstofffreisetzung und sind deshalb sowohl für die Industrie als auch für die universitäre Forschung von großem Interesse. "Diese Stoffklasse erschließt uns neue Anwendungsgebiete in den Materialwissenschaften. Wir freuen uns über diesen bedeutenden Fortschritt bei der großtechnischen Herstellung, eine unabdingbare Voraussetzung für den kommerziellen Einsatz dieser faszinierenden Materialien", sagt Dr. Friedrich Seitz, Bereichsleiter Forschung Chemikalien BASF.

Seit 10 Jahren treibt BASF die großtechnische Synthese metallorganischer Gerüstmaterialien voran. Die so genannten MOFs (metal-organic frameworks) sind hochkristalline Strukturen, die dank nanometergroßer Poren Wasserstoff und andere energiereiche Gase speichern können. Die vergrößerte spezifische Oberfläche und die hohe Porosität im Nanometerbereich führen dazu, dass vergleichsweise große Mengen dieser Gase aufgenommen werden können. Die Poren lassen sich in Größe und Polarität gezielt verändern und können damit für spezielle Anwendungen maßgeschneidert werden.

Eingesetzt als Speichermaterial in Erdgastanks städtischer Fahrzeuge bieten MOFs eine Ablagerungsfläche für Gasmoleküle, die sich so in höherer Dichte speichern lassen. Mit der größeren Gasmenge im Tank steigt die Reichweite des Fahrzeugs. Ein Vorteil des von BASF entwickelten Produktionsverfahrens: Es werden keine organischen Lösungsmittel mehr benötigt, das einfache Verfahren ergibt eine hohe Materialausbeute aus wässrigem Medium und eignet sich für bestehende BASF-Produktionsanlagen.

Entdeckt wurden die MOFs Ende der 1990er Jahre von dem US-amerikanischen Chemiker Omar M. Yaghi (University of Michigan, Ann Arbor, heute in UCLA, Los Angeles). BASF-Forscher hatten nach seinem 1999 veröffentlichten Artikel in der Fachzeitschrift Nature Kontakt aufgenommen und forschen seither gemeinsam mit Professor Yaghi an der Synthese metallorganischer Gerüstmaterialien. Ziel ist es, MOFs mit möglichst großer Oberfläche und Speicherdichte zu entwickeln. Mit MOF-210 gelang Professor Yaghi vor kurzem die Synthese eines Zinkcarboxylats mit einer Oberfläche von mehr als 10.000 m²/g Material. Zum Vergleich: Die durchschnittliche Oberfläche der bekannten MOFs lag bisher bei maximal 5.000 m²/g.