CO2 wird in Rekordzeit zu einem Wertstoff
Forscher des Brookhaven National Laboratory beschleunigen Elektrolyse um das 800-Fache
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CO2-neutral: Schneller Katalysator führt zur Klimaneutralität (Bild: Gerd Altmann, pixabay.com) |
Upton (pte002/10.09.2024/06:05)
Mit dem relativ neuen Verfahren Co-Elektrolyse wandeln Forscher unter der Leitung des Brookhaven National Laboratory (BNL) CO2 in Methanol, Ethanol, Methan oder Synthesegas um. Diese Materialien dienen in weiterer Folge als Chemieroh- oder Kraftstoffe beziehungsweise als chemische Speicher für erneuerbare Energien. Da das CO2 aus der Atmosphäre stammt, ist die Nutzung dieser Gase und Flüssigkeiten klimaneutral.
Problem hoher Energieverbrauch
Damit die Umsetzung gelingt, sind Katalysatoren nötig. Die Experten des BNL, das vom US-Energieministerium (DOE) finanziert wird, haben einen Ansatz gefunden, der die Geschwindigkeit der Elektrolyse um den Faktor 800 verbessern kann. "Es gibt viele Materialien, die in der Lage sind, die Reduktion von CO2 zu katalysieren, aber man muss dem System oft eine große Menge an Energie zuführen, was ein wirtschaftliches Hindernis für einen groß angelegten Einsatz darstellt", sagt BNL-Chemiker Gerald Manbeck. "Der von uns entwickelte Katalysator benötigt weit weniger Energie und zeigt eine hervorragende Leistung."
Das Zentrum des neuen Katalysatormoleküls besteht aus einem Rhenium-Atom. Rhenium ist ein seltenes weißglänzendes, hartes Schwermetall, das äußerlich Palladium und Platin ähnelt. Es ist umgeben von Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff- und Wasserstoff-Atomen. Die Gruppe hat drei neue Versionen des Katalysators geschaffen, indem sie ihn strategisch mit positiv geladenen Molekülen (Kationen) anreicherte, wobei jede Version einen anderen Abstand zwischen den Kationen und dem Rhenium-Metallzentrum aufwies. Bei einem bestimmten Wert dieses Abstands steigt die katalytische Aktivität sprunghaft an, und zwar um einen Faktor von etwa 800, ohne dass sonderlich viel zusätzliche elektrische Energie benötigt wird.
Sonne soll Strom produzieren
Die Forscher haben diesen kritischen Abstand mithilfe mehrerer Methoden entdeckt. Dazu gehörten die zyklische Voltammetrie, eine elektrochemische Technik, mit der sich die Energiecharakteristiken und die Reaktionsgeschwindigkeiten messen lassen, und die Infrarot-Spektroelektrochemie, die Aufschluss über die strukturellen Veränderungen bei den Reaktionsteilnehmern gibt. Nächstes Ziel ist es, die benötigte elektrische Energie von eingefügten Fotozellen erzeugen zu lassen, die einfallendes Licht wie das der Sonne in Strom umwandeln.
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