10. – 12. Schuljahr

Peter Pfeifer, Susanne Schaffer und Petra Wlotzka

Vom Holzgeist zum nachhaltigen Energieträger

Synthese, Eigenschaften und Verwendung von Methanol

Methanol erweist sich als ein Alkanol mit ganz verschiedenen Gesichtern [1] – [4] vom heimtückischen Gift bis hin zu einem Energieträger der Zukunft sowie zu einem Repräsentanten nachhaltigen Wirtschaftens (vgl. Abb.1 ). Als ein geistiger Vater moderner Methanolwirtschaft gilt F. Asinger [2], der schon in den Sechziger Jahren des vorigen Jahrhunderts die Bedeutung des Methanols herausgestellt hat. Heute erleben wir ein engagiertes Eintreten für diese chemisch-technische Entwicklung seitens des US-amerikanischen Nobelpreisträgers für Chemie George Olah [6]. Methanol kann nämlich in einem hohen technischen Maßstab nicht nur auf Stein- und Braunkohlebasis sowie erdölbasiert, sondern auch aus nachwachsenden Rohstoffen (Holz!) hergestellt werden [8]. Dieser Weg, über das als Synthesegas bezeichnete Gemisch aus Kohlenstoffmonooxid und Wasserstoff, hat eine lange technische Tradition.
Die Synthese von Methanol
Früher gewann man Methanol durch trockene Destillation von Holz unter Luftabschluss (Pyrolyse). Dabei entweicht zunächst das brennbare Holzgas, bevor das wässrig-teerige Destillat („Holzkohlenteer, enthält ca. 3% Methanol) abgetrennt werden kann (Kasten1). In Notzeiten nach dem 2. Weltkrieg diente Holzgas sogar als Treibstoff für Autos: „Holzgaser.
Pyrolyse von Holz
Pyrolyse von Holz
Bei einem Grillfest wird häufig Holzkohle verwendet. Sie besteht im Wesentlichen aus Kohlenstoff. Der Name „Holzkohle verrät uns ihre Entstehung: Kohle aus Holz.
Wie kann das gehen?
Starkes Erhitzen von Holz unter Luftabschluss in einem Reagenzglas führt zur Zersetzung von Holz zu Holzkohle. Das ist keine Verbrennung! Es fehlt an Sauerstoff (Luft).
Die Zersetzung von Holz und anderen organischen Materialien durch Hitze nennt man Pyrolyse, Verschwelen oder „trockene Destillation. Sie geht zurück auf Robert Boyle (1661). Neben Holzkohle entstehen weitere Zersetzungsprodukte.
Holz hohe Temperatur Holzkohle + Teer
+ Holzessig-Wasser-Gemisch + Gase
Aus dem Holzessig-Wasser-Gemisch lässt sich Methanol durch Destillation abtrennen; wegen der Flüchtigkeit wurde es früher als „Holzgeist bezeichnet (vgl. die Bezeichnung Weingeist für Ethanol).
Zur Information
Noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts war die Pyrolyse von Holz die wichtigste Basis für die Methanolproduktion. Um 1940 wurden in Deutschland ca. 3200t Methanol gewonnen [2]. Heute wird das 1000-fache an Methanol durch ein katalytisches Verfahren auf der Basis von Synthesegas hergestellt.
Pyrolyse-Produkte quantitativ: 27% Holzkohle, 5% Holzessig, 2% Holzgeist, 7% Holzteer, ca. 16% Holzgas. Die zum Grillen verwendete Holzkohle wird häufig aus Buchenholz hergestellt.
Hinweis:
Teer und Holzgas enthalten gesundheitsschädliche Stoffe (kein Hautkontakt!).
Das entsprechende Experiment darf heute aus Sicherheitsgründen nicht mehr als Schulversuch durchgeführt werden.
Darüber hinaus entsteht Methanol auch bei enzymatischen Prozessen, wie bei der Weinherstellung [7] und zählt unter diesem Gesichtspunkt zu den Naturstoffen. Heute werden allein in Deutschland über 2 Millionen Tonnen Methanol pro Jahr (weltweit über 30 Mio.t) synthetisiert! Die Synthese von Methanol erfolgt aus Kohlenstoffmonooxid und Wasserstoff (bei 400 °C, 200bar und mit Katalysator).
Eigenschaften von Methanol
Für den Menschen ist Methanol hochgiftig! Nach der Aufnahme von ca. 10mL Methanol kann ein Erwachsener erblinden, ca. 40mL Methanol wirken tödlich. Damit ist die Giftwirkung von Methanol wesentlich stärker als die von Ethanol. Sie beruht auf der Bildung von Formaldehyd (Methanal), dem Oxidationsprodukt von Methanol [11].
Ein erheblicher Teil des Methanolstoffwechsels findet in der Netzhaut statt, wo bereits eine geringe Dosis Formaldehyd irreversible Schäden an Retinaproteinen verursacht.
Auf chemischem Wege lässt sich Methanol...

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