„Carbon Capture and Utilization“, also die Kohlenstoffdioxidabscheidung und -verwertung, ist ein Gebot der Stunde. Nicht immer lässt sich nämlich die Entstehung von Treibhausgasen vermeiden, eine Umwandlung des Treibhausgases – etwa direkt in Industrieanlagen – in etwas Nützliches, ist deswegen erstrebenswert. Damit dies gelingt, werden Katalysatoren verwendet. Auf diesen bildet sich jedoch oft eine Schicht von Kohlenstoff und dadurch verliert der Katalysator seine Wirkung. Wissenschafter*innen rund um Christoph Rameshan vom Institut für Materialchemie der TU Wien haben nun eine Lösung gefunden: „Wir stützen uns bei der Umwandlung von CO2 auf die sogenannte Methantrockenreformierung. Bei dieser Reaktion wird CO2 und Methan gemeinsam in einem Reaktor chemisch umgewandelt. Dies hat den Vorteil, dass gleich zwei Treibhausgase verbraucht werden und auf teuren Wasserstoff verzichtet werden kann (dieser steckt hier im Methan). Dafür braucht es aber sehr hohe Betriebstemperaturen von 700 – 900 °C. Das ist auch der Grund, wieso wir auf Perowskite setzten. Bei so hohen Temperaturen gibt es nur wenige Materialien die das dauerhaft aushalten, und Perowskite können das“, erklärt Christoph Rameshan. Rameshan et al. haben also einen Perowskit-Katalysator gefunden – dieser ist aus Kobalt, Eisen, Calcium und Neodym.
Perowskit Kristalle im Einsatz
„Perowskit Kristalle kann man sich wie ein Baukasten-System vorstellen. Solange die Größenverhältnisse der Atome zusammenstimmen, kann man beliebige Kombinationen ausprobieren. Diese Kombinationen entscheiden dann auch über die Eigenschaften des Perowskits“, führt Christoph Rameshan aus. Daher sind Perowskit-Kristalle vielfältig einsetzbar: Sie werden etwa als Leuchtdioden oder für den Bau von Solarzellen verwendet. Die an der TU Wien entwickelten Perowskite zeichnen sich durch eine hohe Temperaturstabilität aus. Zudem sind sie billig und somit ideal, um künftig in der Industrie eingesetzt zu werden.
Perowskit sei das häufigste Mineral im unteren Erdmantel und werde durch Vulkane an die Oberfläche gebracht, erklärt der Experte. „Im Prinzip gibt es damit dieses Material im Überfluss. Für die CO2-Umwandlung braucht es aber maßgeschneiderte Perowskite. Diese können aber recht einfach im Labor hergestellt werden, z. B. durch das Zerstäuben der Ausgangselemente in einer heißen Flamme (wie sie z. B. in Gasbrennern verwendet wird) und das auch im großen Maßstab.“
Kampf dem CO2
Laut Christoph Rameshan kann das Verfahren für alle Prozesse, bei denen idealerweise ungefähr gleich viel Methan wie CO2 anfällt, nützlich sein. Durch die Kombination mit einem Methantrockenreformierreaktor können somit Methan und CO2 in Synthesegase umgewandelt werden. „Synthesegas ist eine Mischung aus Wasserstoff (H) und Kohlenstoffmonoxid (CO) und es ist einer der wichtigsten Bausteine der chemischen Industrie“, erklärt Christoph Rameshan. Aus Synthesegas lassen sich daher Lösungsmittel wie Methanol (CH3OH) oder synthetisches Kerosin herstellen. In der Industrie gibt es also einige Möglichkeiten, bei denen der an der TU Wien entwickelte Ansatz künftig zum Einsatz kommen könnte. Christoph Rameshan nennt abschließend einige Beispiele: „Biogas hat einen hohen CO2-Anteil, wodurch die Methantrockenreformierung die ideale Reaktion ist dieses in z. B. nachhaltige Treibstoffe umzuwandeln. Es gibt auch gewisse Erdgaslagerstätten, die reich an CO2 sind. Auch hier bietet es sich an, das Methan gemeinsam mit dem CO2 vor Ort umzuwandeln und damit aufzuwerten.“ Wären Industrieanlagen also mit einem zusätzlichen Reaktor ausgestattet, der diese Umwandlung ermöglicht, könnten ein zusätzlicher Nutzen generiert und somit die Umwelt geschont werden.
Das Paper der Forschungsgruppe gibt es übrigens hier zu lesen.
