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03. Dezember 2022

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Auch Treibhausgase können nützlich sein

Auch Treibhausgase können nützlich sein© TU Wien

CO2 und Methan sind als belastende Faktoren für die Umwelt bekannt. Die TU Wien beschäftigt sich nun mit der Umwandlung in nutzbare Synthesegase bis hin zu Biotreibstoffen. Eine Rolle spielen dabei neue Nanoverfahren und Wasserstoff.

(red/czaak) Kohlendioxid (CO2) und Methan sind die beiden menschgemachten Treibhausgase, die den größten Anteil am Klimawandel haben. Oft treten beide Gase kombiniert auf, etwa in Biogasanlagen. Überall dort, wo die Entstehung schädlicher Treibhausgase nicht verhindert werden kann, sollte daher eine nützliche Umwandlung möglich sein. Dieser Ansatz wird als „Carbon Capture and Utilization“ bezeichnet und dafür sind sehr spezielle Katalysatoren nötig. Bisher bildete sich auf diesen Katalysatoren jedoch rasch eine Schicht aus Kohlenstoff, das sogenannte Verkoken und da verliert der „Kat“ rasch an Wirkung.

Aus Methan und Kohlendioxid werden Biotreibstoffe
Die TU Wien verfolgt nun einen neuen Ansatz. Auf Perowskit-Kristallen werden durch spezielle Vorbehandlung winzige metallische Nanopartikel erzeugt und deren Zusammenspiel mit Kristalloberflächen sorgt für chemische Reaktionen, ohne der gefürchteten Verkokung. „Mit dieser Methan-Trockenreformierung können beide Gase gleichzeitig in nützliche Synthesegase umgewandelt werden“, sagt Christoph Rameshan vom Institut für Materialchemie der TU Wien.

„Aus Methan und Kohlendioxid entstehen Wasserstoff und Kohlenmonoxid – und daraus lassen sich dann relativ einfach andere Kohlenwasserstoffe herstellen, bis hin zu Biotreibstoffen“, so Rameshan. Große Herausforderung ist die Stabilität der Katalysatoren. „Bisher verwendete Metall-Katalysatoren neigen dazu, winzige Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu produzieren und die lagern sich als schwarzer Film an der Oberfläche des Katalysators ab und blockieren ihn“, erklärt Florian Schrenk vom Team Rameshan.

Perowskit-Kristalle als Schlüssel zum Erfolg
Die Forscher der TU Wien entwickelten nun einen neuartigen Katalysator und verwendet Perowskite als sauerstoffhaltige Kristalle, die mit verschiedenen Metallatomen dotiert werden können. „Man kann etwa Nickel oder Kobalt in den Perowskit einfügen, Metalle, die auch bisher schon in der Katalyse verwendet wurden“, erläutert Christoph Rameshan. Durch eine spezielle Vorbehandlung des Kristalls mit Wasserstoff bei rund 600 °C wird die Wanderung der Nickel- oder Kobaltatome an die Oberfläche erreicht und dort bilden sie Nanopartikel.

Entscheidend ist dabei ihre Größe. Die richtige chemische Reaktion zeigt sich mit Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 30 bis 50 Nanometern. Und der im Perowskit enthaltene Sauerstoff verhindert die Ausbildung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. „Mit der richtigen Größe der Nanopartikel kommt es zu keinen Kohlenstoff-Ablagerungen und damit zu keinem Verkoken“, betont Florian Schrenk. „Außerdem sind die Nanopartikel stabil, die Struktur des Katalysators verändert sich nicht, er kann dauerhaft genutzt werden.“ Die Weiterverarbeitung klimaschädlicher Treibhausgase zu wertvollen Produkten könnte also ein wichtiger Baustein für eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft werden.

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red/czaak, Economy Ausgabe Webartikel, 23.09.2022