CO2-Nutzung: Neuer Kat zündet den Turbo

Effektivität der Klimagasabtrennung dank neuer Kunststoffbeschichtung um Faktor 24 gesteigert

Beschichteter Katalysator unter dem Elektronenmikroskop (Foto: tsukuba.ac.jp/en)

Tsukuba/Osaka (pte021/05.08.2021/11:30)

Selbst wenn es in überschaubarer Zeit gelingen sollte, auf fossile Prozesse zu verzichten und damit neue Emissionen von Kohlenstoffdioxid zu stoppen, verbleibt in der Atmosphäre noch übermäßig viel Klimagas. Eine Lösung ist die Abtrennung von CO2 aus der Atmosphäre – eine Technik, die bereits hochentwickelt ist – und dessen Umwandlung in Treibstoffe oder Rohstoffe für die chemische Industrie. Dazu sind effektive Katalysatoren nötig. Japanische Forscher haben auf diesem Gebiet jetzt einen Quantensprung erzielt. Sie haben die Effektivität von porösen Zinkkatalysatoren um das 24-Fache verbessert.

[b]Wasserstoffquelle für Brennstoffzellen[/b]

Katalysatoren dieser Art werden genutzt, um Kohlenstoffdioxid in Formiat umzuwandeln, ein Salz der Ameisensäure. Es setzt Wasserstoff frei, der eine Brennstoffzelle versorgen kann, die Strom erzeugt. Doch die Ausbeute ist zu gering, und es entstehen unerwünschte Nebenprodukte. Forscher der Universitäten von Tsukuba https://www.tsukuba.ac.jp/en/ und Osaka https://www.osaka-u.ac.jp/en haben die Lösung gefunden. Sie beschichten den Zinn-Katalysator mit Polyethylenglycol (PEG), einem Kunststoff. 

[b]Einfang von CO2 aus der Luft[/b]

„Wir wollten ein katalytisches System entwickeln, das CO2 aus der Luft einfängt und zu Formiat umwandelt", sagt Forschungsgruppenleiter Professor Yoshikazu Ito. „Es ist jedoch schwierig, nur das gewünschte Produkt mit hoher Ausbeute zu erhalten. Daher mussten wir das Katalysatordesign verfeinern." Das gelang. Mit dem neuen Katalysator liegt die Formiat-Ausbeute bei 99 Prozent. 

Zuerst hatten sie es mit einer Polyethylenimin-Beschichtung versucht, einem anderen Kunststoff. Das brachte eine Verbesserung, weil er sehr effektiv im Einfang von CO2-Molekülen war. Doch er hielt sie zu lange fest, sodass die Umsetzung in Formiat mit Verzögerung geschah. 

[b]Optimale Dicke brachte den Durchbruch[/b]

Entscheidend für den Erfolg war die Optimierung der PEG-Dicke. Zu dünn aufgetragen lockte der Kunststoff zu wenige CO2-Moleküle an, die jedoch leicht zum katalysierenden Zinn vordringen konnten. War die Kunststoffschicht zu dick fing sie zwar viele Klimagas-Moleküle ein, doch sie hatten Mühe, zum Zink vorzudringen. Mit einer optimalen Dosierung des PEG erreichten die Forscher die richtige Balance.

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