Purer Zufall
US-Wissenschaftler haben zufällig einen preiswerten und einfachen Weg entdeckt, wie CO2 in Ethanol umgewandelt werden kann, mit dem sich handelsübliche Fahrzeuge antreiben lassen. Die Forscher am Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums wollten einen neuen Anlauf zur CO2-Verarbeitung unternehmen und entwickelten ein elektrochemisches Verfahren, das mittels eines Katalysators aus Kohlenstoff, Kupfer und Stickstoff Kohlendioxid in Ethanol umwandelt.
„Wir entdeckten irgendwie zufällig, dass dieses Material funktionierte“, sagte Adam Rondinone vom ORNL, Leitautor der in der Fachzeitschrift ChemistrySelect veröffentlichten Studie des Teams in einer Pressemeldung über die Ergebnisse des Versuchs. „Wir versuchten, den ersten Schritt einer vorgeschlagenen Reaktion zu untersuchen, als wir erkannten, dass der Katalysator die gesamte Reaktion allein ausführte.“
Das Team verwendete als Katalysator Nano-Spitzen aus Kohlenstoff mit Kupfer und Stickstoff und legte Spannung an, um eine komplizierte chemische Reaktion auszulösen, die im Wesentlichen den Verbrennungsprozess umkehren sollte. Mit Hilfe des auf Nanotechnologie basierenden Katalysators, der mehrere Reaktionsfelder enthält, wurde das in Wasser gelöste Kohlendioxid mit einer Ausbeute von 63 Prozent zu Ethanol. Typischerweise führt diese Art der elektrochemischen Reaktion zu einer Mischung von mehreren verschiedenen Produkten in kleinen Mengen.
Dass alles so schnell ging, hat verschiedene Gründe. Zum einen setzten die Forscher auf unkomplizierte, relativ preiswerte Materialien, ein anderer Aspekt war der Einsatz von Nanotechnologie. „Durch einfache Materialen, die wir in Nanotechnologie eingesetzt haben, haben wir herausgefunden, wie wir Nebenreaktionen verringern können.
Verbrennung rückwärts
Er und seine Kollegen setzten für den Katalysator kleinste Kupferpartikel auf winzige Kohlenstoffspitzen. Die stachelige Oberfläche, die dabei entstand, begünstigte den Prozess, weil die angelegte Spannung sehr konzentriert wirken konnte. „Die wirken wie 50-Nanometer Blitzableiter, sie konzentrieren die elektrochemische Reaktivität ganz oben an der Spitze“, so Rondinone.
Einmal unter Spannung, kehrte der Katalysator den Verbrennungsprozess, bei dem Kohlendioxid entsteht, um. Im Ergebnis erhielten die Wissenschaftler 63 prozentiges Ethanol, das zudem erstaunlich rein war. Normalerweise fallen bei ähnlichen elektrochemischen Prozessen gleich mehrere Endprodukte an. Das hat zwangsläufig zur Folge, dass die Mengen der einzelnen Endprodukte geringer ausfallen.
Der Ablauf: Auf eine Siliziumoberfläche werden sogenannte Nano-Spikes aufgetragen. Dabei handelte es sich um winzige Spitzen – lediglich wenige Atome breit – aus einem Gemisch aus Kohlenstoff- und Kupferteilchen. Diese wirken wie ein extrem effektiver Katalysator, der CO2 ohne erhebliche Verunreinigungen in Ethanol umgewandelt. Das Besondere daran: Aufwändige Zwischenschritte werden übersprungen. Nach galileo.tv
Aus dem Ausgangsprodukt CO2 können neben Ethanol unter anderem Handys, Taschen, T-Shirts oder Trinkflaschen hergestellt werden. Dafür ist die Umwandlung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid nötig. Der Versuchsaufbau ist dabei ähnlich. Wieder kommen Nano-Spikes zum Einsatz, das CO2 wird aufgebrochen. Aus dem entstandenen Kohlenmonoxid können dann Chemieprodukte oder Kunststoffe gefertigt werden.
In Brasilien wird schon seit 1974 mit Ethanol (Alkohol) gefahren, der allerdings aus Zuckerrohr hergestellt wird. Inzwischen ist Brasilien weltweit der zweitgrößte Produzent von Ethanol.
Fünf Prozent des weltweiten CO2-Ausstoßes stammen von Zementwerken. Von dort oder auch von Kohlekraftwerken kann das Gas bezogen werden. Aufgrund des geringen Aufwands und der großen wirtschaftlichen Möglichkeiten ist diese Methode richtungsweisend. Weil Aufwand und Kosten geringer als bei bisherigen Methoden seien, könnte man das Verfahren im großindustriellen Maßstab zur Kraftstoffproduktion einsetzen, hoffen die Forscher; schließlich könnte das Konzept aber auch zum Speichern von Wind- oder Solarstrom taugen. Bei Erneuerbaren Energie, so die Forscher, könnten Volatilitäts-Schwankungen ausgeglichen werden. Für Rondinone und sein Team geht es jetzt zuerst darum, ihren gefundenen Weg zu optimieren.
->Quellen: