Günstiger Katalysator für das CO2-Recycling

19.11.2018 - Deutschland

Eigentlich handelt es sich um einen Katalysator für die Wasserstoffproduktion. Aber mit ein paar Tricks kann er auch andere Aufgaben übernehmen.

Das Mineral Pentlandit eignet sich als Katalysator für das Recycling von Kohlendioxid und könnte somit eine Alternative zu teuren Edelmetall-Katalysatoren sein. Das fanden Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB), des Fritz-Haber-Instituts Berlin und von Fraunhofer Umsicht in Oberhausen heraus. Bislang war Pentlandit als Katalysator für die Wasserstoffproduktion bekannt. Durch die Wahl eines geeigneten Lösungsmittels konnten die Wissenschaftler es jedoch auch für die Umsetzung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid nutzen. Letzteres ist ein verbreiteter Ausgangsstoff für die chemische Industrie.

CO₂-Umwandlung statt Wasserstoffproduktion

„Die Umwandlung von CO₂ in wertvolle Ausgangsstoffe für die chemische Industrie stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, die Klimaerwärmung zu bekämpfen“, sagt Ulf-Peter Apfel. „Allerdings sind bislang kaum billige und leicht verfügbare Katalysatoren für die Reduktion von CO₂ bekannt.“ Außerdem begünstigen die infrage kommenden Katalysatoren in der Regel vornehmlich eine andere chemische Reaktion, nämlich die Synthese von Wasserstoff – so auch Pentlandit. Den Forschern gelang es jedoch, das Mineral in einen Katalysator für die CO₂-Umsetzung umzuwandeln.

Sie erzeugten Elektroden aus Pentlandit und analysierten, unter welchen Bedingungen es an deren Oberfläche zur Wasserstoffbildung oder Kohlenmonoxidproduktion kam. „Vor allem die Gegenwart von Wasser an der Elektrodenoberfläche war entscheidend“, resümiert Ulf-Peter Apfel. Viel Wasser verschob die Reaktion zugunsten der Wasserstoffbildung, wenig Wasser zugunsten der Kohlenmonoxidentwicklung. Indem die Forscher den Wassergehalt genau einstellten, konnten sie auch Gemische aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen lassen. „Solche Synthesegasmischungen haben eine große Bedeutung in der chemischen Industrie“, verdeutlicht Apfel.

Stabiler Katalysator

Pentlandit besteht aus Eisen, Nickel und Schwefel und ähnelt einigen in der Natur vorkommenden katalytisch aktiven Zentren von Enzymen, etwa denen der Wasserstoff produzierenden Hydrogenasen. „Ein großer Pluspunkt dieses Minerals ist, dass es relativ stabil gegenüber anderen chemischen Verbindungen ist, die in industriellen Abgasströmen vorkommen und wie ein Gift für viele Katalysatoren wirken“, erklärt Apfel.

Originalveröffentlichung

Stefan Piontek, Kai junge Puring, Daniel Siegmund, Mathias Smialkowski, Ilya Sinev, David Tetzlaff, Beatriz Roldan Cuenya, Ulf-Peter Apfel; "Bio-inspired design: bulk iron-nickel sulfide allows for efficient solvent-dependent CO2 reduction"; Chemical Science: 2018

https://www.chemie.de/news/1158436/guenstiger-katalysator-fuer-das-co2-recycling.html