Katalysator für nachhaltiges Methanol

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Flüssigtreibstoffe und chemische Produkte aus alternativen Rohstoffen

Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschulw Zürich und des Mineralölunternehmens Total haben einen neuen Katalysator entwickelt, mit dem Methanol aus CO2 und Wasserstoff hergestellt werden kann. Die Technologie habe realistische Marktchancen und ermögliche die nachhaltige Produktion von Flüssigtreibstoffen und Chemikalien, so eine Medienmitteilung der ETH.

Die Weltwirtschaft fuße immer noch auf den fossilen Kohlenstoffquellen Erdöl, Erdgas und Kohle, heißt es in dem Beitrag der ETH Zürich – nicht nur für die Produktion von Treib- und Brennstoffen, sondern auch als Rohstoffe für die chemische Industrie zur Herstellung von Kunststoffen und zahlreichen weiteren chemischen Verbindungen. Seit Längerem würden zwar Wege gesucht, Flüssigtreibstoffe und chemische Produkte aus alternativen, nachhaltigen Rohstoffen herzustellen, diese seien jedoch bis jetzt nicht über Nischenanwendungen hinausgekommen.

Katalysator auf der Basis von Indiumoxid

Wissenschaftler der ETH Zürich haben nun zusammen mit dem französischen Mineralölunternehmen Total eine neue Technologie entwickelt, mit der man Methanol effizient direkt aus CO2 und Wasserstoff herstellen kann. Methanol gilt als Grundchemikalie. Es ist möglich, daraus Treibstoffe und weitere chemische Produkte herzustellen, darunter auch solche, die heute auf fossilen Rohstoffen basieren. Außerdem hat Methanol das Potenzial, in Methanol-Brennstoffzellen selbst als Treibstoff zu dienen.

Kern des neuen Ansatzes ist ein chemischer Katalysator auf der Basis von Indiumoxid, den das Team unter der Leitung von Javier Pérez-Ramírez, Professor für Katalyse-Engineering an der ETH Zürich, entwickelt hat. Dass sich Indiumoxid eignet, die entsprechende chemische Reaktion zu katalysieren, habe das Team bereits vor wenigen Jahren experimentell zeigen können. Vielversprechend sei schon damals gewesen, dass bei Verwendung dieses Katalysators praktisch nur Methanol und, mit Ausnahme von Wasser, fast keine Nebenprodukte entstünden. Zudem habe sich der Katalysator als sehr stabil erwiesen. Allerdings sei Indiumoxid als Katalysator nicht ausreichend aktiv. Das heißt, es würden davon große Mengen gebraucht, weshalb sich bislang damit keine wirtschaftlich rentable Anlage habe betreiben lassen.

Chemische Katalyse ist Nanotechnologie geworden

Den Wissenschaftlern ist es nun gelungen, die Aktivität des Katalysators markant zu erhöhen, ohne dessen Selektivität und Stabilität zu beeinträchtigen. Sie versetzten dazu das Indiumoxid mit einer geringen Menge Palladium. „Genauer gesagt führen wir einzelne Palladium-Atome ins Kristallgitter des Indiumoxids ein, welche weitere Palladium-Atome an dessen Oberfläche verankern und damit Cluster bilden, welche wichtig sind für die Leistung des Katalysators“, erklärt Cecilia Mondelli, Wissenschaftlerin in Pérez-Ramírez’ Gruppe. Man könne somit von Nanotechnologie sprechen, ergänzt Pérez-Ramírez. Die Arbeit zeige beispielhaft, dass die chemische Katalyse durch theoretische Überlegungen und den Einsatz von moderner Analytik eine Nanotechnologie geworden sei.

„Heute wird Methanol industriell ausschließlich aus fossilen Energiequellen gewonnen, mit einem entsprechend hohen CO2-Fußabdruck“, sagt der ETH-Professor. „Mit unserer Technik benutzen wir CO2 zur Herstellung von Methanol.“ Dieses CO2 könne aus der Luft gewonnen werden oder – was einfacher und effizienter sei – aus der Abluft von Verbrennungskraftwerken. Auch wenn aus dem Methanol Treibstoffe synthetisiert würden, die man später verbrenne, würde das CO2 rezykliert und der Kohlenstoffkreislauf damit geschlossen.

Nachhaltiges Methanol aus erneueraren Quellen

Zur Herstellung des zweiten Ausgangsstoffes, Wasserstoff, werde Elektrizität benötigt. Stamme diese aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft, ließen sich damit nachhaltiges Methanol und somit nachhaltige Chemikalien und Flüssigtreibstoffe herstellen, wie die Wissenschaftler betonen. Gegenüber anderen Ansätzen, die derzeit verfolgt werden um „grüne“ Treibstoffe herzustellen, habe diese Methode den großen Vorteil, dass sie nahe an der Marktreife sei, so Pérez-Ramírez. Die ETH Zürich und Total haben die Technologie gemeinsam zum Patent angemeldet. Total plant, die Methode hochzuskalieren und sie möglicherweise in den kommenden Jahren in einer Demonstrationsanlage umzusetzen.

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