Ein neuer Katalysator für weniger CO2-Ausstoß!

Ein neuer Katalysator für weniger CO2-Ausstoß!

Sandra Spicker, 22. April 2021

Um den CO2-Anteil in unserer Atmosphäre nicht weiter steigen zu lassen, muss das klimaschädliche Kohlendioxid eingefangen und in etwas Anderes umgewandelt werden. Da es sich bei CO2 aber um ein recht stabiles Molekül handelt, benötigt man die Hilfe von komplexen Katalysatoren, um es erneut nutzbar zu machen.

Prof. Christoph Rameshan und seinem Team vom Institut für Materialchemie ist es nun gelungen, einen Katalysator herzustellen, der das klimaschädliche C02 in andere sinnvolle Produkte umwandeln kann.

Christoph Rameshan (links) und Lorenz Lindenthal (rechts)

 

TUWac: Herr Prof. Rameshan. Warum musste nach einem neuen Katalysator geforscht werden? Oder anders ausgedrückt, warum ist die Umwandlung von CO2 mit üblichen Katalysatoren so problematisch?

Rameshan: Für die Umwandlung von CO2 werden meist hohe Reaktionstemperaturen im Bereich von 600 °C bis 1000 °C benötigt. Daher sinkt bei vielen Katalysatoren mit der Zeit die Performance, weil sie verklumpen oder sich Kohlenstoffablagerungen auf der Oberfläche bilden. Wir waren deshalb auf der Suche nach einem sehr stabilen und verkokungsresistenten Material und sind dabei auf die Materialklasse der Perowskite gestoßen.

 

Perowskite sind eine spezielle Klasse von Mineralien, die eine sehr ähnliche Kristallstruktur aufweisen und bisher in Solar- oder Brennstoffzellen eingesetzt werden.

 

TUWac: Sie haben lange nach dem Erfolgsrezept gesucht und es jetzt gefunden: Ein Perowskit aus Kobalt, Eisen, Calcium und Neodym. Warum eignet sich Ihr speziell hergestelltes Mineral so gut für die Katalyse von CO2?

Rameshan: Der Perowskit kann zum einen an der Oberfläche einen Teil der Sauerstoffatome an die Umgebung abgeben, dadurch bilden sich freie Stellen an der Oberfläche. Diese Leerstellen eignen sich besonders gut, um CO2 and die Oberfläche zu binden, was der erste Schritt der chemischen Reaktion ist.

Zum anderen weist unser Perowskit eine weitere Besonderheit auf: Kobalt beginnt sich bei hohen Reaktionstemperaturen zum Teil aus dem Kristallgitter zu lösen und wandert in Folge zur Oberfläche. In diesem Prozess bilden sich kleine Kobaltnanopartikel auf der Oberfläche. Diese wiederum erhöhen die Effizienz der Oberfläche beim Spalten des Wasserstoffs, der für die Reaktion ebenso benötigt wird.

Genau diese Kombination aus CO2-Bindung an der Oberfläche und Erzeugung reaktiven Wasserstoffs macht den Katalysator so besonders effizient.

TUWac: Heute ist internationaler Earth Day, wo der Umweltschutz bewusst ins Zentrum gerückt werden soll. Wie könnte diese neue Technologie Ihrer Meinung nach etwas zum Klimaschutz beitragen?

Rameshan: Da durch den hohen Verbrauch von fossilen Ressourcen immer mehr CO2 in die Atmosphäre freigesetzt wird, ist es im Sinne des Klimaschutzes und der nachhaltigen Ressourcennutzung unbedingt notwendig, die Kohlenstoffkreisläufe zu schließen.

Kohlendioxid könnte mit Hilfe von Solar- oder Windkraft in nutzbare Rohstoffe wie etwa Methanol umgewandelt werden, das sowohl chemischer Grundstoff in Industrieprozessen ist, als auch als Treibstoff genutzt werden kann. Der Vorteil von Methanol ist, dass er gut gelagert werden kann und eine hohe Energiedichte aufweist. So lässt sich aus Methanol und einer Brennstoffzelle z.B. Strom für mobile Anwendungen gewinnen.

Mithilfe unseres Katalysators kann das dabei freigesetzte CO2 in Kohlenmonoxid umgewandelt werden, welches wiederum zur industriellen Herstellung von Methanol benötigt wird. Somit schließt sich der Kreislauf.