Bahnbrechendes plasmakatalytisches Verfahren zur Hydrierung von CO2 zu Methanol unter Umgebungsbedingungen
Forscher der Universität Liverpool haben einen bedeutenden Meilenstein bei der Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) in wertvolle Kraftstoffe und Chemikalien erreicht und damit einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu einer nachhaltigen Netto-Null-Wirtschaft gemacht.
In einer Veröffentlichung berichtet das Team über einen bahnbrechenden plasmakatalytischen Prozess für die Hydrierung vonCO2 zu Methanol bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck.
Mit diesem Durchbruch werden die Grenzen der herkömmlichen thermischen Katalyse überwunden, die oft hohe Temperaturen und Drücke erfordert, was zu einer geringenCO2-Umwandlung und Methanolausbeute führt.
Das neuartige Verfahren nutzt einen bimetallischen Ni-Co-Katalysator in einem nicht-thermischen Plasmareaktor, um in einem Durchgang eine beeindruckende Selektivität von 46 % für Methanol und 24 % fürCO2 bei 35 °C und 0,1 MPa zu erreichen.
Nichtthermisches Plasma, ein ionisiertes Gas, das energiereiche Elektronen und reaktive Spezies enthält, kann starke chemische Bindungen von inerten Molekülen wieCO2 aktivieren und so chemische Reaktionen unter milden Bedingungen erleichtern.
Darüber hinaus können plasmabasierte modulare Systeme sofort ein- und ausgeschaltet werden, was eine große Flexibilität bei der Nutzung von intermittierendem erneuerbarem Strom für die dezentralisierte Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien bietet.
Professor Xin Tu, Inhaber des Lehrstuhls für Plasmakatalyse an der Universität von Liverpool, sagte: "Unsere Arbeit zeigt, dass die Plasmakatalyse eine flexible und dezentrale Lösung für die Hydrierung vonCO2 zu Methanol unter Umgebungsbedingungen bietet. Unsere jüngste technisch-ökonomische Bewertung zeigt auch, dass dieses Verfahren die Kapitalkosten im Vergleich zu herkömmlichen thermischen katalytischenCO2-zu-Methanol-Verfahren erheblich senken kann und damit einen gangbaren Weg zur Nutzung erneuerbarer Energiequellen bei der Herstellung synthetischer Kraftstoffe bietet."
In situ plasmagekoppelte Fourier-Transform-Infrarot-Charakterisierung (FTIR) und Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen ergaben, dass die bimetallische Ni-Co-Grenzfläche das primäre aktive Zentrum für die Methanolsynthese ist, wobei dieCO2-Adsorption und -Hydrierung über den Eley-Rideal (E-R)-Mechanismus erfolgt, um eine Vielzahl von Zwischenprodukten zu erzeugen. Darüber hinaus spielen sowohl die Formiat- als auch die Carboxyl-Route eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Methanol, während die umgekehrte Wasser-Gas-Verschiebung (RWGS) und die CO-Hydrierung auf den Ni-Co-Flächen als weniger günstig angesehen werden. Die präzise Steuerung der Ni-Co-Stellen in bimetallischen Katalysatoren verspricht, das Gewicht der einzelnen Reaktionswege durch Förderung der asymmetrischen Adsorption vonCO2-Molekülen an den bimetallischen Grenzflächen zu optimieren und so die Verteilung der Produkte wirksam zu modulieren.
Diese Forschungsarbeit unterstreicht das bedeutende Potenzial der Plasmakatalyse als aufstrebende Elektrifizierungstechnologie für die nachhaltigeCO2-Umwandlung und Kraftstofferzeugung. Die Möglichkeit, diese Reaktionen unter Umgebungsbedingungen mit einem modularen und skalierbaren Plasmasystem durchzuführen, stellt eine attraktive Alternative für die chemische Industrie dar.
Darüber hinaus können plasmagestützte Systeme mit intermittierendem erneuerbarem Strom betrieben werden, was die Machbarkeit einer dezentralen Kraftstoff- und Chemieproduktion verbessert.
Diese bahnbrechende Arbeit ist ein großer Schritt nach vorn auf dem Gebiet der katalytischenCO2-Umwandlung und bietet vielversprechende Möglichkeiten für künftige Forschung und industrielle Anwendungen, um die Herausforderung einer nachhaltigen Zukunft zu meistern.
Das Forschungsteam der Universität Liverpool ist führend auf dem Gebiet der Plasmakatalyse und hat auch bahnbrechende Fortschritte bei der plasmakatalytischen Umwandlung vonCO2 in andere Brennstoffe und Chemikalien erzielt. So haben sie beispielsweise vielversprechende Plasmaprozesse für dieCO2-Methanisierung und die einstufige Umwandlung von Biogas in Methanol entwickelt und drei PCT-Patente in diesem Bereich angemeldet.
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