Aus Licht wird Gas

Amerikanische Forscher haben einen vielversprechenden Ansatz entwickelt, mit Sonnenenergie Wasserdampf und Kohlendioxid in den Brennstoff Methan umzuwandeln. Ihre einzige Zutat: Sie beschichten Nanoröhrchen aus Titandioxid mit chemisch aktiven Substanzen. An diesen Katalysatoren reagieren der Wasserdampf aus der Luft und Kohlendioxid im Sonnenlicht zu Methan und anderen Kohlenwasserstoffen. Gegenüber früheren Versuchen haben die Forscher um Craig Grimes von der Pennsylvania State University in University Park die Methanproduktion um das 20-Fache gesteigert. Vielleicht könnten in Zukunft die Kohlendioxid-Emissionen von Produktionsanlagen oder Kraftwerke mit diesem Verfahren genutzt werden, teilt die Universität mit.
Die Forscher positionierten in einer abgeschlossenen Versuchskammer ihre mit Titandioxid-Nanoröhrchen überzogene Testfläche. Die Nanoröhrchen stehen dabei senkrecht auf der Oberfläche wie Grashalme auf einer Wiese. Die Kammer füllten die Forscher mit einem Gemisch aus Wasserdampf und Kohlendioxid. In verschiedenen Versuchsdurchgängen betrieben die Forscher den Nanoröhrchen-Rasen ohne Katalysator oder mit Kupfer- und Platinkatalysatoren. Nach rund drei Betriebsstunden in der Sonne analysierten die Forscher den Inhalt der Kammer. Ohne Katalysator lieferten die Nanoröhrchen auf eine Million Gasteilchen in der Kammer nur zehn Kohlenwasserstoffmoleküle. Waren die Nanoröhrchen teilweise mit Kupfer und Platin überzogen, so stieg die Ausbeute um den Faktor 16.

Das Sonnenlicht stellt die Energie zur Verfügung, damit sich aus einem Kohlendioxid- und zwei Wassermolekülen ein Methan- und zwei Sauerstoffmoleküle bilden. Die Kombination beider Katalysatoren verschiebt die Reaktionsabläufe, so dass auch das sichtbare Licht genutzt wird. Bisherige Verfahren nutzten nur den UV-Anteil im Sonnenlicht ? die Ausbeute war entsprechend gering, kommentieren die Forscher. Sie wollen ihre geschlossene Testkammer nun zu einem Durchflusssystem umbauen. Damit erhoffen sie sich nochmals höhere Umsatzraten und eine kontinuierliche Kohlenwasserstoffproduktion. Auch in anderen Anwendungsfällen nutzen Forscher die katalytische Aktivität der Ausgangssubstanz Titandioxid, beispielsweise bei selbstreinigenden Oberflächen, die im Sonnenlicht Schadstoffe und -partikel abbauen.
Craig Grimes (Pennsylvania State University, University Park) et al.: Nano Letters, Bd. 9(2), S. 731

ddp/wissenschaft.de ? Martin Schäfer


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