Von CO2 zu wertvollen Chemikalien

Ein neuer Katalysator des zum US-Energieministerium gehörenden Argonne National Laboratory (ANL), der Northern Illinois University und der Universität Valparaiso verwandelt CO₂ in Ameisensäure, Ethanol oder Essigsäure. Das sind Chemikalien, die in großem Stil unter anderem aus Erdöl hergestellt werden. Pro Jahr werden eine Mio. Tonnen Ameisensäure, 30 Mio. Kubikmeter Ethanol, davon gut 100 Mio. Tonnen für Fahrzeuge, und 18,7 Mio. Tonnen Essigsäure produziert. Dabei wird CO₂ frei. Mit der neuen Methode wird stattdessen ohnehin produziertes Klimagas genutzt. Ein geschlossener Kreislauf entsteht. Kein extra CO₂ ist nötig.

Der Kat basiert auf dem gängigen Metall Zinn, das auf eine Unterlage aus Kohlenstoff aufgebracht wird. Ziel ist es, CO₂ aus industriellen Feuerungsanlagen und aus Biogasanlagen als Rohstoff zu nutzen. Das Verfahren ist die Elektrokatalyse. Diese wird von Strom in Gang gehalten, im besten Fall mit grünem Strom, der in Wind-, Solar-, Wasser- und Kernkraftwerken erzeugt wird.

In diesem Prozess wird gleichzeitig Wasserstoff erzeugt, der neben Kohlenstoff, den das CO₂ liefert, einziger weiterer Bestandteil der Chemikalien ist. Durch Variation der Größe des verwendeten Zinns - von einzelnen Atomen über ultrakleine Cluster bis hin zu größeren Nanokristalliten - kann das Team die Umwandlung von CO₂ in Essigsäure, Ethanol oder Ameisensäure steuern.

Wirkungsgrad 90 Prozent

ANL-Chemiker Di-Jia Liu und seinem Team ist es gelungen, jeden der drei Kohlenwasserstoffe mit einem Wirkungsgrad von 90 Prozent herzustellen. Die Forschungsergebnisse ermöglichten die Advanced Photon Source (APS) und das Center for Nanoscale Materials (CNM), beides Einrichtungen am ANL. Mit den an der APS verfügbaren harten Röntgenstrahlen konnten wir die chemischen und elektronischen Strukturen der Katalysatoren auf Zinnbasis mit unterschiedlichen Zinnbeladungen erfassen, so ANL-Physiker Chengjun Sun.

Darüber hinaus konnten die Forscher mit der hohen räumlichen Auflösung des CNM-Transmissionselektronenmikroskops die Anordnung der Zinnatome direkt abbilden, von einzelnen Atomen bis hin zu kleinen Clustern. Sollte das Verfahren im großen Stil eingesetzt werden, könnten so hunderte Mio. Tonnen CO₂ umgewandelt werden. Angesichts der Emissionen in einer Größenordnung von fast 40 Mrd. Tonnen Klimagas pro Jahr wäre das dennoch nur ein kleiner Fortschritt. (pte)

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