Aus CO2 und Methan kann man wertvolle Synthesegase herstellen \u2013 mit Katalysatoren, die bisher allerdings rasch an Wirkung verloren. An der TU Wien entwickelte man nun stabilere Alternativen.<\/p>\n\n\n\n
\u00dcberall dort, wo man die Entstehung sch\u00e4dlicher Treibhausgase nicht verhindern kann, sollte man sie in etwas N\u00fctzliches umwandeln: Als \u201eCarbon Capture and Utilization\u201c wird dieser Ansatz bezeichnet. Daf\u00fcr sind spezielle Katalysatoren n\u00f6tig. Bisher hatte man allerdings mit dem Problem zu k\u00e4mpfen, dass sich auf diesen Katalysatoren rasch eine Schicht aus Kohlenstoff bildet, man spricht von \u201everkoken\u201c, der Katalysator verliert dadurch seine Wirkung. An der TU Wien verfolgte man nun einen neuen Ansatz: Auf Perowskit-Kristallen erzeugte man durch spezielle Vorbehandlung winzige metallische Nanopartikel. Das Zusammenspiel aus Kristalloberfl\u00e4che und Nanopartikeln sorgt dann daf\u00fcr, dass die gew\u00fcnschte chemische Reaktion stattfindet, ohne dass es zur gef\u00fcrchteten Verkokung kommt.<\/p>\n\n\n\n
Trockenreformierung: Aus Treibhausgasen wird Synthesegas<\/h5>\n\n\n\n
Kohlendioxid (CO2<\/sub>) und Methan sind die beiden menschgemachten Treibhausgase, die den gr\u00f6\u00dften Anteil am Klimawandel haben. Oft treten beide Gase kombiniert auf, etwa in Biogasanlagen. \u201eDie sogenannte Methan-Trockenreformierung ist eine Methode, mit der man beide Gase gleichzeitig in n\u00fctzliche Synthesegase umwandeln kann\u201c, sagt Prof. Christoph Rameshan vom Institut f\u00fcr Materialchemie der TU Wien. \u201eAus Methan und Kohlendioxid entstehen Wasserstoff und Kohlenmonoxid \u2013 und daraus lassen sich dann relativ einfach andere Kohlenwasserstoffe herstellen, bis hin zu Biotreibstoffen.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Das gro\u00dfe Problem dabei ist die Stabilit\u00e4t der Katalysatoren: \u201eDie Metall-Katalysatoren, die man bisher f\u00fcr diesen Prozess verwendet hat, neigen dazu, winzige Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen zu produzieren\u201c, erkl\u00e4rt Florian Schrenk, der in Rameshans Team derzeit an seiner Dissertation arbeitet. Diese Nanor\u00f6hrchen lagern sich als schwarzer Film an der Oberfl\u00e4che des Katalysators ab und blockieren ihn.<\/p>\n\n\n\n
Perowskit-Kristalle als Schl\u00fcssel zum Erfolg<\/h5>\n\n\n\n
An der TU Wien entwickelte man nun einen Katalysator mit grundlegend anderen Eigenschaften: \u201eWir verwenden Perowskite, das sind sauerstoffhaltige Kristalle, die man mit verschiedenen Metallatomen dotieren kann\u201c, sagt Christoph Rameshan. \u201eMan kann etwa Nickel oder Kobalt in den Perowskit einf\u00fcgen \u2013 Metalle, die auch bisher schon in der Katalyse verwendet wurden.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Durch eine spezielle Vorbehandlung des Kristalls mit Wasserstoff bei rund 600 \u00b0C kann man erreichen, dass die Nickel- oder Kobaltatome an die Oberfl\u00e4che wandern und dort Nanopartikel ausbilden. Entscheidend ist dabei ihre Gr\u00f6\u00dfe: Erfolg hatte man mit Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 30 bis 50 Nanometern. An diesen winzigen K\u00f6rnchen findet dann die gew\u00fcnschte chemische Reaktion statt, gleichzeitig verhindert aber der Sauerstoff, der im Perowskit enthalten ist, die Ausbildung von Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen.<\/p>\n\n\n\n
\u201eWir konnten in unseren Experimenten zeigen: Wenn man die richtige Gr\u00f6\u00dfe von Nanopartikeln w\u00e4hlt, dann kommt es zu keinen Kohlenstoff-Ablagerungen \u2013 das Verkoken ist dann keine Gefahr mehr\u201c, sagt Florian Schrenk. \u201eAu\u00dferdem sind die Nanopartikel stabil, die Struktur des Katalysators ver\u00e4ndert sich nicht, er kann dauerhaft genutzt werden.\u201c<\/p>\n\n\n\n
Wichtiger Baustein f\u00fcr Bio-Raffinerie von morgen<\/h5>\n\n\n\n
Die neuartigen Perowskit-Katalysatoren k\u00f6nnten \u00fcberall zum Einsatz kommen, wo gleichzeitig Methan und Kohlendioxid anf\u00e4llt \u2013 das ist h\u00e4ufig der Fall, wenn man mit biologischen Substanzen zu tun hat, etwa in Biogasanlagen. Je nach gew\u00e4hlter Reaktionstemperatur kann man die Zusammensetzung des entstehenden Synthesegases beeinflussen. So k\u00f6nnte die Weiterverarbeitung klimasch\u00e4dlicher Treibhausgase zu wertvollen Produkten ein wichtiger Baustein f\u00fcr eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft werden.<\/p>\n\n\n\n