Grünes Benzin aus Kohlenstoffdioxid
Forschungsteam entwickelt Verfahren zur nachhaltigen Nutzung von CO2
Der Effekt von Kohlenstoffdioxid (CO2) als Treibhausgas auf die Erderwärmung ist mittlerweile unbestritten. Trotzdem wird täglich tonnenweise CO2 in die Atmosphäre geblasen. Das Forschungsteam um den Chemiker Prof. Dr. Ingo Krossing hat nun am Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) ein neues System zur Herstellung von Methanol entwickelt, bei dem CO2 und Wasserstoff eingesetzt werden. Methanol ist zum Beispiel als umweltfreundlicher Benzinersatz nutzbar. Ziel der Wissenschaftler ist es, CO2 als Massenchemikalie nachhaltig zu nutzen und in den Verwertungszyklus einzugliedern.
Doktorand Elias Frei kontrolliert die Temperatur im Reaktor des Katalysator-Teststands.
FMF
Um Methanol zu gewinnen, verbinden Krossings Doktoranden bei hohem Druck das Kohlenstoffdioxid mit Wasserstoff, ein Vorgang, der sich Hydrogenolyse nennt. Doktorand Elias Frei forscht schon seit einigen Jahren zum Thema Methanol. „Unser Ziel ist es, neue Katalysatorsysteme und Verfahren zu entwickeln, die die chemische Reaktion weiter beschleunigen“, erklärt Frei. In diesem Fall setzen die Forscher am FMF die Metalloxide Kupfer-, Zink- und Zirkon-Oxid als Katalysatoren ein. Diese ermöglichen den Vorgang auch bei niedrigeren Temperaturen. Die Gase müssen also weniger stark erhitzt werden. Die Katalysatoren bilden zusammen ein so genanntes Mischsystem, einen oberflächenreichen porösen Feststoff, der definierte Eigenschaften aufweist. Bestehen diese aus Nanopartikeln, erhöht das zusätzlich die Aktivität der Katalysatoren.
Zusätzlich testen Frei und seine Kollegin Dr. Marina Artamonova die Imprägnierung der Katalysatoren mit ionischen Flüssigkeiten. Das sind flüssige Salze, die sich wie ein dünner Film um den Katalysator legen. Sie helfen dabei, CO2 und Wasserstoff am Katalysator zu fixieren und die Produkte Methanol und Wasser aus diesem zu entfernen. Bei dieser Konversion entsteht reines Methanol, das als Baustein in der chemischen Industrie und als Kraftstoff eingesetzt wird. Als Benzinersatz ist es weniger gefährlich und umweltbelastend als herkömmliche Treibstoffe. In etwa zwei Jahren wollen die Forscher soweit sein, Methanol nach diesem Verfahren im Tonnenmaßstab herzustellen. Dann soll das CO2 aus dem Abgasstrom eines Blockheizkraftwerks herausgefiltert und für die Methanol-Herstellung genutzt werden. Wird Methanol in einem Motor verbrannt, wird erneut CO2 freigesetzt. Durch die zweifache Nutzung desselben Moleküls können theoretisch 50 Prozent CO2 eingespart werden. Die Menge Methanol, die aus zehn Prozent der jährlichen CO2-Emissionen in Deutschland umgesetzt werden könnte, würde hierzulande den jährlichen Kraftstoffbedarf decken.
Methanol wird zudem als chemischer Wasserstoffspeicher genutzt und kann so zum Beispiel zukünftig die Brennstoffzelle eines Autos betreiben. „Energie gibt es genug, doch sie muss gespeichert werden“, sagt Frei. „Methanol hat als nachhaltiger Energiespeicher in den verschiedensten Bereichen Potenzial. Das wollen wir nutzen, denn die Speicherung und Umwandlung von Energie sind die großen Themen der Zukunft.“
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