Hydrierung

Hydrierung, allgemein die Bezeichnung für eine chemische Reaktion, bei der Wasserstoff beispielsweise an ungesättigte organische Verbindungen addiert wird – vor allem an ungesättigte Kohlenwasserstoffe. In ungesättigten organischen Verbindungen sind mindestens zwei Kohlenstoffatome durch eine Doppel- oder eine Dreifachbindung miteinander verknüpft. Bei geeigneter Temperatur und in Gegenwart eines Katalysators (z. B. ein fein verteiltes Metall wie Nickel, Platin oder Palladium) können diese Mehrfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen aufgebrochen und so an jedes von ihnen Wasserstoff angelagert werden. Bei der Hydrierung von Ethen (C₂H₄) entsteht beispielsweise Ethan (C₂H₆). Die Hydrierung kann auch auf kompliziertere Moleküle angewandt werden und ermöglicht die Synthese sehr verschiedenartiger Produkte, die im Labor oder in der Industrie benötigt werden. So gewinnt man großtechnisch u. a. aus Adipinsäuredinitril (kurz auch Adiponitril) durch Hydrierung Hexamethylendiamin, einer Vorstufe für Nylon:

Ein anderes großtechnisches Verfahren ist beispielsweise die Hydrierung pflanzlicher Öle zur Herstellung von Fetten für Nahrungsmittel (u. a. Margarine). Natürliche Fette und Öle bestehen häufig aus Estern von ungesättigten Fettsäuren. Ihre Moleküle enthalten also eine oder mehrere Doppelbindungen innerhalb der Kohlenstoffkette. Die oft unangenehm riechenden und schmeckenden Öle werden hydriert, um sie beispielsweise für die Nahrungsmittel- oder für die Kosmetikaherstellung tauglich zu machen. Die entsprechenden Reaktionen finden meist bei Temperaturen um 200 °C unter Gegenwart eines Katalysators statt, wobei der Wasserstoffdruck zwischen 3 und 4 bar variiert. Minderwertigere Öle, wie Fischöle, nutzt man nach der Hydrierung meist zur Herstellung von Seife oder Wachs.

Die Hydrierung spielt auch bei der Produktion von synthetischen Benzinen eine Rolle. Beim von 1927 bis 1944 in Deutschland verwendeten Bergius-Verfahren, benannt nach dem deutschen Chemiker Friedrich Bergius, dienen Kohle und Steinkohlenteer als Ausgangsstoffe. Die Kohle wird, gemischt mit einem Schweröl, zu einer feinen Paste vermahlen und dann zusammen mit Wasserstoff unter Druck erhitzt, und zwar in Gegenwart eines Katalysators aus Metallsulfiden. Das dabei entstehende Rohprodukt wird weiter hydriert, und eine dritte Hydrierung ergibt Leichtbenzin. Aus einer Tonne Kohle ließen sich auf diese Weise rund 600 Kilogramm Benzin erzeugen.

Das Fischer-Tropsch-Verfahren wurde von den deutschen Chemikern Franz Fischer und Hans Tropsch entwickelt. In den dreißiger Jahren wurden nach dieser Methode in Deutschland große Mengen von synthetischem Petroleum und Dieselkraftstoff produziert. Man setzt hierzu eine Mischung der Gase Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators um, der u. a. Nickel, Cobalt oder Eisen in einem bestimmten Mischungsverhältnis enthält. Im Gegensatz zum Bergius-Verfahren mit einer Jahresproduktionsleistung von vier Millionen Tonnen war das Fischer-Tropsch-Verfahren (Produktionsleistung: 0,6 Millionen Tonnen pro Jahr) allerdings gering. Heute gewinnt man im erdölarmen, aber kohlereichen Südafrika nach einem ähnlichen Verfahren (Sasol-Verfahren) synthetische Benzine.