{"id":102348,"date":"2024-10-04T15:12:55","date_gmt":"2024-10-04T13:12:55","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=102348"},"modified":"2024-10-04T15:12:56","modified_gmt":"2024-10-04T13:12:56","slug":"innovativer-katalysator-erzeugt-mit-strom-methan","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/innovativer-katalysator-erzeugt-mit-strom-methan\/","title":{"rendered":"Innovativer Katalysator erzeugt mit Strom Methan"},"content":{"rendered":"\n

Forschende der Universit\u00e4ten Bonn und Montreal haben einen neuartigen Katalysator entwickelt. In ihrer Studie erzeugten sie damit aus Kohlendioxid und Wasser mit Hilfe von Strom Methan, und das mit hoher Effizienz. <\/p>\n\n\n\n

Methan eignet sich beispielsweise zum Beheizen von Wohnungen oder als Ausgangsstoff f\u00fcr die chemische Industrie. Es ist Hauptbestandteil von Erdgas. Wird es mit Hilfe von gr\u00fcnem Strom hergestellt, ist es dagegen weitgehend klimaneutral. Die Einsichten aus dem Modellsystem lassen sich auf gro\u00dftechnische Katalysatoren \u00fcbertragen. Zudem lassen sie sich auch f\u00fcr die Herstellung anderer wichtiger chemischer Verbindungen nutzen. Die Studie ist im Fachjournal Nature Chemistry erschienen.\u00a0<\/p>\n\n\n

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\u00a9 Nikolay Kornienko<\/small> | Der hydrophobe molekulare Katalysator (unten) – h\u00e4lt die H2O-Molek\u00fcle im Elektrolyseur (oben) vom aktiven Zentrum fern. Zugleich entrei\u00dft er Wassermolek\u00fclen Wasserstoff-Atome und schafft diese zum aktiven Zentrum, wo sie mit dem Kohlenstoff-Atom zu Methan reagieren.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Viele chemische Reaktionen ben\u00f6tigen Energie, um abzulaufen. Man kann diese zum Beispiel zuf\u00fchren, indem man die Reaktionspartner erhitzt oder unter starken Druck setzt. \u201eWir nutzen dagegen als treibende Kraft Elektrizit\u00e4t\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Dr. Nikolay Kornienko. \u201eWenn wir klimafreundlich erzeugten Strom verwenden, k\u00f6nnen wir auf diesem Wege beispielsweise Methan herstellen, das nicht zur Erderw\u00e4rmung beitr\u00e4gt.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Der Wissenschaftler ist k\u00fcrzlich von der Universit\u00e4t Montreal an das Institut f\u00fcr Anorganische Chemie der Universit\u00e4t Bonn gewechselt. Die aktuelle Studie hat er noch in Kanada begonnen und dann in seiner neuen Heimat zum Abschluss gebracht. \u201eDie Herstellung von Methan – chemisch: CH4 – ist insofern herausfordernd, als dass wir dazu ein Gas mit einer Fl\u00fcssigkeit reagieren lassen m\u00fcssen\u201c, sagt er.<\/p>\n\n\n\n

Die Rede ist von Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Die Forschenden nutzten eine sogenannte Gasdiffusions-Elektrode, um diese beiden Partner zusammenzubringen. Bei der Reaktion m\u00fcssen darin die beiden Sauerstoff-Atome (chemisches K\u00fcrzel O) vom Kohlenstoff-Atom (C) abgetrennt und durch vier Wasserstoff-Atome (H) ersetzt werden. Der Wasserstoff stammt dabei aus dem Wasser.<\/p>\n\n\n\n

Nebenreaktionen verhindern<\/h4>\n\n\n\n

Das Problem dabei ist, dass das Wasser eigentlich viel lieber eine andere Reaktion eingehen w\u00fcrde: Beim Anlegen einer Spannung zersetzt es sich zu Wasserstoff und Sauerstoff. \u201eDas ist eine Konkurrenz-Reaktion, die wir ausschlie\u00dfen m\u00fcssen\u201c, betont Kornienkos Mitarbeiter Morgan McKee, der einen gro\u00dfen Teil der Experimente durchgef\u00fchrt hat. \u201eAndernfalls w\u00fcrde sie daf\u00fcr sorgen, dass kein Methan entsteht. Wir m\u00fcssen also verhindern, dass Wasser in Kontakt zur Elektrode ger\u00e4t. Gleichzeitig ben\u00f6tigen wir es aber als Reaktionspartner.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Hier kommt der neu entwickelte Katalysator ins Spiel, der auf die Elektrode aufgebracht wird. Er sorgt vor allem daf\u00fcr, dass die Reaktion von Kohlendioxid zu Methan bereitwilliger und schneller abl\u00e4uft. Das macht er mit seinem sogenannten aktiven Zentrum: Damit h\u00e4lt er das Kohlendioxid fest; gleichzeitig schw\u00e4cht er – vereinfacht gesagt – die Bindungen zwischen dem Kohlenstoff-Atom und den beiden Sauerstoff-Atomen.<\/p>\n\n\n\n

Im n\u00e4chsten Schritt werden diese sukzessive durch vier Wasserstoff-Atome ersetzt. Dazu ben\u00f6tigt der Katalysator Wasser. Allerdings muss er es gleichzeitig auf Abstand halten, um unerw\u00fcnschte Nebenreaktionen zu verhindern. \u201eUm das zu erreichen, haben wir lange Molek\u00fclketten an das aktive Zentrum gebunden\u201c, erkl\u00e4rt Prof. Kornienko, der auch Mitglied im Transdisziplin\u00e4ren Forschungsbereich \u201eMatter\u201c an der Universit\u00e4t Bonn ist. \u201eDiese sind chemisch so aufgebaut, dass sie Wasser absto\u00dfen – wir sagen auch: sie sind hydrophob.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Wasserf\u00fcrchtende Molek\u00fclketten<\/h4>\n\n\n\n

Der Fachbegriff stammt aus dem Griechischen und bedeutet \u201edas Wasser f\u00fcrchtend\u201c. Die Seitenketten halten die H2O-Molek\u00fcle also einerseits vom aktiven Zentrum und der Elektrode fern. Zugleich dienen sie aber als eine Art Transportband: Bildlich gesprochen, entrei\u00dfen sie Wassermolek\u00fclen Wasserstoff-Atome und schaffen diese zum aktiven Zentrum, wo sie mit dem Kohlenstoff-Atom reagieren. In der Summe entsteht so in mehreren Schritten aus dem CO2 das CH4.<\/p>\n\n\n\n

Die Effizienz betr\u00e4gt dabei mehr als 80 Prozent; bei der Reaktion entstehen also wenig unerw\u00fcnschte Nebenprodukte. Dennoch eignet sich der Katalysator nicht f\u00fcr die Herstellung von Methan in gro\u00dfem Ma\u00dfstab. \u201eDie Reaktionsprinzipien, die wir in ihm verwirklicht haben, lassen sich aber auch in anderen Katalysatormaterialien realisieren, die sich gro\u00dftechnisch einsetzen lassen\u201c, sagt Kornienko.<\/p>\n\n\n\n

Als Anwendungsgebiet sieht er nicht nur die Methan-Produktion. Noch lukrativer sei vermutlich die Herstellung von anderen chemischen Verbindungen. Dazu z\u00e4hlt beispielsweise Ethylen, das als Ausgangsstoff f\u00fcr viele Kunststoffe dient. Die neue Katalyse-Methode k\u00f6nnte mittelfristig also wom\u00f6glich auch die Plastik-Produktion umweltfreundlicher machen. <\/p>\n\n\n\n