Plastik 2.0: Aus Wasser und CO2 wird Ethen

Aus Kohlenstoffdioxid, Wasser und elektrischer Energie entsteht in einem Schritt Ethen, ein in riesigen Mengen benötigtes Basismaterial für die Herstellung von Kunststoffen. Schon vor einem Jahr haben Forscher der University of Toronto und des California Institute of Technology (Caltech) das Verfahren entwickelt, das aber einen Nachteil hatte: Es entstanden zu viele unerwünschte Nebenprodukte wie Carbonate. Das ging zulasten der Ethen-Ausbeute.

Jetzt haben Professor Ted Sargent und sein Team, darunter Fengwang Li sowie die Caltech-Chemieprofessoren Jonas C. Peters und Theodor Agapie, den Prozess optimiert. CO₂ hat einen geringen ökonomischen Wert. Das reduziert die Bemühungen, es aus der Atmosphäre zu gewinnen. Diese ökonomische Betrachtung verändert sich dagegen völlig, wenn es gelinge, das Gas in Ethen umzuwandeln. Grünes Ethen kann fossile Rohstoffe ersetzen, die normalerweise zur Herstellung von Kunststoff eingesetzt werden.

Die Forscher haben einen Elektrolyseur, der normalerweise Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet, so modifiziert, dass Wasser und CO₂ an einem kupferbasierten Katalysator direkt zu Ethen reagieren. Das Verfahren ähnelt der Co-Elektrolyse, die das Dresdner Unternehmen Sunfire entwickelt hat. Dabei reagieren Wasser und CO₂ in einem modifizierten Elektrolyseur in einem Schritt zu Synthesegas, das in Treibstoffe umgewandelt werden kann.

Lebensdauer erhöht

Das Geheimnis für eine höhere Ausbeute war eine Chemikalie mit der Bezeichnung Arylpyridinium, die es in mehreren Varianten gibt. Die Forscher probierten rund ein Dutzend davon aus, ehe sie sich für die effektivste entschieden. Sie dotierten damit die Oberfläche des Kupferkatalysators. Das verbesserte die Umsetzung der Grundstoffe zu Ethen ohne allzu viele Nebenprodukte.

Der neue Katalysator hat noch einen Vorteil gegenüber dem, den Sargent und sein Team ursprünglich einsetzten. Mit mindestens 200 Stunden Betriebszeit hat er eine weitaus höhere Lebensdauer. Li betont, dass nicht nur die Gewinnung von CO₂ aus der Luft dem Klimawandel entgegenwirke, sondern auch die Nutzung von Wind- und Solarstrom. Es werde allerdings noch eine Weile dauern, ehe das Verfahren großtechnisch einsetzbar ist. (pte, Kempkens)

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