Katalyse - Was ist das?

Ein Katalysator ist in der Chemie eine Art Heiratsvermittler zwischen zwei Stoffen. Das könnt ihr euch in etwa so vorstellen:

Nehmen wir mal an, Herr Schäfer und Frau Neumann sind zwei Menschen, die sich nicht näher kennen, aber beide auf der Suche nach einem Partner sind. Sie würden sich vielleicht nie kennen lernen und könnten somit auch kein Paar werden, obwohl sie sich sicherlich gut verstehen würden. Hier kommt nun als dritte Person unser Heiratsvermittler (also der Katalysator) Herr Schuster ins Spiel. Er arrangiert ein Treffen von Herrn Schäfer und Frau Neumann, bei dem sie sich sofort sympathisch sind und schließlich sogar heiraten. Ohne Herrn Schuster wäre das aber nie passiert.

Fritz Haber

Genau so funktioniert auch ein Katalysator in der Chemie. Er bringt zwei Stoffe dazu, miteinander zu reagieren und eine Verbindung einzugehen, die das ohne die Anwesenheit des Katalysators nie tun würden. Das macht er, indem er den beiden Stoffen einen Reaktionspfad öffnet, der viel leichter zu begehen ist als der ursprüngliche Pfad. Ihr könnt euch dabei den ursprünglichen Pfad als einen steilen, beschwerlichen Weg über einen großen Berg vorstellen und den vom Katalysator geöffneten Pfad als einen schnellen und einfachen Weg durch einen Tunnel in diesem Berg. Den Weg über den Berg würden die bei der Reaktion beteiligten Stoffe nur ganz selten schaffen, den Weg durch den Tunnel aber können sie leicht zurücklegen. Ist kein Katalysator anwesend, ist der Tunnel jedoch durch eine Schranke versperrt und es kann keine Reaktion der beiden Stoffe statt finden.

Und genau deswegen sind Katalysatoren in der Chemischen Industrie sehr wichtig. Sie sorgen dafür, dass Stoffe miteinander reagieren, die das normalerweise nie tun würden. Dadurch kann man vieles herstellen, was man ohne den Einsatz von Katalysatoren nie (oder zumindest nur sehr schwer) bekommen könnte.

Das Haber-Bosch-Verfahren

Gerhard Ertl

Ein Beispiel, bei dem ein Katalysator Verwendung findet, ist das Haber-Bosch-Verfahren zur Herstellung von Ammoniak , das der Chemiker Fritz Haber und der Ingenieur Carl Bosch vor knapp 100 Jahren entwickelt haben. Ammoniak ist eine der wichtigsten Grund-Chemikalien. Aus ihm wird beispielsweise später Dünger oder auch Sprengstoff hergestellt. Das Problem war bis vor 100 Jahren, dass man ihn nur bei hohem Druck herstellen konnte und dass die Reaktion selbst dann nur sehr langsam verlief. Damit hätte man nie den weltweiten Bedarf an Ammoniak decken können. Deshalb dachten sich Fritz Haber und Carl Bosch ein Verfahren aus, bei dem sie für die Reaktion von Stickstoff und Wasserstoff fein verteiltes Eisen als Katalysator benutzten und so viel schneller und einfacher Ammoniak gewinnen konnten. Heute erzeugt man mit dem Haber-Bosch-Verfahren jedes Jahr mehrere Millionen Tonnen Ammoniak, woraus man im wesentlichen Düngemittel herstellt. Damit trägt die Katalyse indirekt zur Sicherung der Welternährung bei.

Bis in die 1970er Jahre waren jedoch die chemischen Vorgänge, die während des Haber-Bosch-Verfahrens ablaufen nicht ganz klar. Die Aufklärung der Reaktionen gelang erst dem Deutschen Gerhard Ertl. Für diese herausragenden Arbeiten bekam er schließlich 2007 sogar den Chemie-Nobelpreis.

Eine weitere wichtige Anwendung der Katalyse sind z. B. die am Anfang schon erwähnten Auto-Katalysatoren . Hier werden durch die Anwesenheit von Platin, Rhodium und Palladium als Katalysatoren die bei der Verbrennung des Benzins im Motor entstehenden giftigen Gase in ungiftiges Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoff umgewandelt. Auch bei der Verarbeitung von Roh-Öl (dem "Cracken" ) kommen Katalysatoren zum Einsatz.

Die Katalyse ist die Schlüsseltechnologie der Chemie, ohne die es viele Produkte der modernen Welt nicht geben würde. Auf der ACHEMA können sich die Wissenschaftler und Ingenieure über viele Neuigkeiten informieren, die es auf dem Gebiet der Katalyse gibt, um diese für die Entwicklung von Produkten und Verfahren in ihren Firmen zu nutzen.