Vorteile des neu entwickelten „Extraktionsverfahrens“ gegenüber

Vorteile des neu entwickelten „Extraktionsverfahrens“
gegenüber etablierten Verfahren
Der Vorteil der Rohstoffquelle
Die Herstellung von amorphen SiO2 mit großen spezifischen Oberflächen (>100 m2/g)
erfolgt bislang weitestgehend über Flammenvervahren (z.B. Aerosil®) oder über
Fällungsverfahren (z.B. Ultrasil®) aus wässrigen Lösungen.
Diese etablierten Verfahren zur Herstellung von hochdispersem SiO2 benötigen
hochreine Ausgangsstoffe z.B. SiCl4 welches zunächst aus Rohsilicium und Chlor
hergestellt werden muss bzw. Wasserglas, das durch den Aufschluss von Quarzsand bei
hohen Temperaturen bzw. hohen Drücken zugänglich ist. Es gibt also keine natürlich
vorkommende Ressource die als Primärquelle für etwaige Synthesewege zur Verfügung
steht.
Bei dem Extraktionsverfahren hingegen wird auf ein Abfallprodukt der Landwirtschaft
nämlich Reisspelzen zurückgegriffen. Mit jeder Tonne produziertem Reis fallen auch 200
kg Reisspelzen als Abfall mit an. Sie bilden damit nicht nur eine natürliche sondern auch
eine nachwachsende Ressource, die auch in Zukunft in großen Mengen zur Verfügung
steht, ist damit kein Konkurrent für die
Lebensmittelproduktion und ohne
Landverbrauch.Die Reisspelzen müssen auch nicht wie bei bisherigen Verfahren in eine
geeignete Form des Ausgangsstoff wie Siliciumtetrachlorid (SiCl4) überführt werden,
sondern bilden bereits den Startpunkt des eigentlichen Verfahrens zur Gewinnung von
hochdispersem SiO2.
Die Vorteile des Verfahrens (Extraktion versus „bottomup“)
Hochdisperses SiO2 wird bislang mit sogenannten „bottomup“ Verfahren hergestellt.
D. h. man startet mit der Herstellung auf atomarer Ebene um eine definierte
Nanostruktur im Produkt zu erzeugen. Solche definierten Nanostrukturen befinden sich
bereits in der organischen Matrix der Reisspelze und müssen mithilfe des
Extraktionsverfahrens lediglich isoliert werden. Die Reispflanze selbst fungiert gewisser
Maßen als Bioreaktor für das hochdisperse SiO2 und somit leistet die Natur die gleiche
Arbeit wie die „bottomup“ Verfahren.
Die Vorteile der Prozessbedingungen
Bei den bestehenden Flammen- bzw. Nassverfahren muss man in einem schmalen
Fenster spezieller Bedingungen(z.B. Temperatur, pH-Wert, Konzentration) während der
Synthese arbeiten um ein Produkt mit der gewünschten Qualität herzustellen.
Beim Extraktionsverfahren hingegen wird das fertige Produkt von seiner Matrix, in die es
eingebettet ist befreit. Dieser Vorgang ist wesentlich unempfindlicher gegenüber
veränderten Bedingungen und kommt mit einem geringeren Einsatz an Chemikalien und
mit Chemikalien geringeren Risikos im Vergleich zur Herstellung von
pyrogenem/gefälltem SiO2 aus.Zudem sind die Anforderungen an die apparative
Infrastruktur und damit der Investitionsbedarf wesentlich geringer. Es kann auf leicht
modifizierte Apparate der chemischen Industrie zurückgegriffen werden, statt auf
Spezialanfertigungen.
Der Energetische Vorteil
Für die Synthese von pyrogener Kieselsäure sind Temperaturen von 1500 - 2000°C und
somit auch ein entsprechender Energieeintrag notwendig.
Das heißt wesentlich höhere Anforderungen an die Anlagen, Energie und Sicherheit
und damit verbundene höhere Investition und Produktentstehungskosten.
Beim Extraktionsverfahren wird jedoch keine Energie für die Synthese des SiO2selbst
verbraucht.Lediglich die Matrix in die das Produkt eingebettet ist muss nach
entsprechender Vorbehandlung separiert werden. Die Separation der Matrix vom
Produktkann bei Temperaturen unterhalb von 800°C erfolgen und ein Großteil der dazu
notwendigen Energie liefern die organischen Bestandteile der Reisspelzen selbst. Somit
entsteht das Produkt ohne externen Energieeintrag auf eine wesentlich niedrigere
Investition und für insgesamt geringere Entstehungskosten.
Paul Sotzko
M.Sc. Chemie