Revolutionäre Klimatechnologie
Katalysator wandelt CO2 in Methan um – Effizienz über 80%
Neue Innovation für Energiegewinnung: Forscher der Universitäten Bonn und Montreal präsentieren einen bahnbrechenden Katalysator zur Methan-Herstellung aus Kohlendioxid und Wasser unter Verwendung von Strom.
In einer Zeit, in der die Energiewende ein heißes Thema ist, haben Wissenschaftler einen bedeutenden Durchbruch erzielt: Ein neu entwickelter Katalysator, der mit Strom Methan erzeugt. Das Besondere daran? Diese Methode könnte die Produktion von Methan klimaneutral gestalten, wenn grüner Strom genutzt wird.
Der Methan-Katalysator: Effiziente Energiegewinnung aus CO2 und H2O
Forscher der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn in Zusammenarbeit mit der Universität Montreal haben einen innovativen Weg gefunden, um das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) zu nutzen. Mithilfe eines speziellen Katalysators und Strom wird CO2 mit Wasser (H2O) zu Methan (CH4) umgewandelt – einem Hauptbestandteil von Erdgas, das sowohl zum Heizen als auch als Rohstoff in der chemischen Industrie eingesetzt wird. Der Clou: Bei einer Effizienz von über 80 Prozent entstehen kaum Nebenprodukte.
Elektrizität statt hoher Temperaturen: Ein effizienter Prozess
Traditionell benötigen chemische Reaktionen oft hohe Temperaturen oder starken Druck, um abzulaufen. Die neue Methode hingegen nutzt Strom als treibende Kraft. Prof. Dr. Nikolay Kornienko von der Universität Bonn erklärt: „Wenn wir klimafreundlich erzeugten Strom verwenden, können wir Methan herstellen, das nicht zur Erderwärmung beiträgt.“ Das Besondere an dieser Technologie liegt in ihrer Fähigkeit, CO2 effizient zu binden und es in Methan umzuwandeln, ohne dabei unerwünschte Nebenreaktionen zu fördern.
Herausforderung gemeistert: Wasser als Partner und Hindernis zugleich
Die Herstellung von Methan stellt besondere Herausforderungen, da ein Gas mit einer Flüssigkeit reagieren muss. Kohlendioxid und Wasser sind die Ausgangsstoffe, doch das Wasser tendiert dazu, bei angelegter Spannung in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerfallen. Um diese Konkurrenzreaktion zu verhindern, entwickelten die Forscher eine spezielle Gasdiffusions-Elektrode. Dabei wird das Wasser auf Abstand gehalten, während sein Wasserstoff für die Reaktion genutzt wird.
Hier kommt der eigentliche Katalysator ins Spiel, der diese komplexe Reaktion maßgeblich beschleunigt. Mit einem sogenannten „aktiven Zentrum“ hält er das CO2 fest und schwächt die chemischen Bindungen, um die Reaktion zu vereinfachen. Das Wasserstoff-Atom des Wassers wird dann in mehreren Schritten an das Kohlenstoff-Atom gebunden – ein Prozess, der über hydrophobe (wasserabstoßende) Molekülketten gesteuert wird.
Zukunftspotential über Methan hinaus
Obwohl dieser Katalysator noch nicht für die großtechnische Methan-Produktion geeignet ist, zeigen die zugrunde liegenden Prinzipien enormes Potential. Neben der Methan-Herstellung könnte die Technologie zur Produktion anderer wertvoller chemischer Verbindungen wie Ethylen beitragen, das als Ausgangsstoff für Kunststoffe dient. Diese Fortschritte könnten mittelfristig nicht nur die Methanproduktion, sondern auch die Kunststoffherstellung umweltfreundlicher machen – eine vielversprechende Aussicht in einer Zeit, in der Nachhaltigkeit immer wichtiger wird.
Fazit: Ein Schritt in die klimafreundliche Zukunft?
Diese innovative Katalyse-Methode stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Nutzung von Kohlendioxid als Rohstoff dar. Sie bietet nicht nur eine klimaneutrale Lösung für die Methan-Herstellung, sondern könnte auch in der industriellen Produktion von Chemikalien und Kunststoffen zum Einsatz kommen. Der technologische Fortschritt ist unübersehbar, doch der Weg in die Praxis bleibt anspruchsvoll. Fest steht jedoch: Mit Strom betriebene, klimaneutrale Produktionsprozesse könnten in den kommenden Jahren eine Schlüsselrolle im globalen Kampf gegen den Klimawandel spielen.
Originalpublikation:
Morgan McKee et. al.: Hydrophobic molecular assembly at the gas-liquid-solid interface drives highly selective CO2 electromethanation; Nature Chemistry; DOI: 10.1038/s41557-024-01650-6, URL: https://www.nature.com/articles/s41557-024-01650-6
Treibhauseffekt und Klimawandel
