Carbon Capture: Isolierte Atome ermöglichen grünes Methanol aus Wasserstoff
Ein Forschungsteam der ETH Zürich(öffnet im neuen Fenster) hat einen energieeffizienten Weg entwickelt, um CO 2 aus der Luft und Wasserstoff in Methanol umzuwandeln. Wird dafür Energie aus erneuerbaren Quellen eingesetzt, ergibt sich eine CO 2 -neutrale Nutzung des vielseitigen Moleküls.
Methanol ist nicht nur ein wichtiger Ausgangsstoff für die chemische Industrie. Es lässt sich auch in Schiffsmotoren verwenden, ist bei Raumtemperatur flüssig und erreicht eine Energiedichte auf dem Niveau von -200 °C kaltem und mit 700 bar Druck komprimiertem Wasserstoff.
Anders ausgedrückt: Energie lässt sich in Form von Methanol viel leichter speichern und auch die anschließende Nutzung ist mit geringeren technischen Hürden verbunden. Der Reaktionsprozess für die Methanolgewinnung muss jedoch erheblich verbessert werden.
Einzelatom statt Partikel
Das Forschungsteam nennt in der Studie, die in Nature Nanotechnology(öffnet im neuen Fenster) erschien, eine Steigerung der Methanolproduktion um 70 Prozent in Bezug auf das Katalysematerial Indium. Dieses, zumindest im Vergleich zu Edelmetallen, relativ häufige Element wird in Form von Einzelatomen genutzt.
Das hat den Vorteil, dass im Vergleich zu den sonst üblichen Partikeln in der Größe von mehreren tausend Atomen, tatsächlich jedes Atom die Reaktionsenergie auf dem Weg von Wasserstoff zu Methanol herabsenkt. Laut der Forschungsgruppe wird auf diese Weise die maximale Nutzungseffizienz erreicht.
Aufwendig und vielversprechend
Um einzelne Indiumatome gezielt platzieren zu können, ist eine Oberfläche aus Hafniumoxid nötig, ein ebenfalls seltenes Element, aber bereits 40-mal häufiger als Indium. Zur Herstellung der Oberfläche für die Katalyse werden zudem mindestens 2.000 °C benötigt.
So aufwendig und entsprechend kostspielig das Verfahren ist, die Theorie dahinter soll zukünftig helfen, das Verfahren zur effizienten Produktion von Methanol und weiteren Stoffen deutlich zu erleichtern.
Allein die Messungen, die bei der Katalyse mit einzelnen Atomen möglich sind, können wegen der hohen Genauigkeit helfen, Reaktionsmechanismus in Zukunft wesentlich besser zu verstehen. Bisher wurden bei der Messung der Partikel auch viele Atome erfasst, die nicht an der Reaktion beteiligt sind. Nicht nur, aber auch die Herstellung von Methanol soll dadurch weiter optimiert werden.
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