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Bild der Woche

Filigrane Strukturen für die CO2-Umwandlung

Molybdänsulfid
© TU Wien

Diese porösen, verästelten Strukturen umfassenden Kugeln bestehen aus Molybdänsulfid und sind Teil eines neuen Katalysators, durch den Kohlendioxid in Methanol umgewandelt werden kann.

Um den Klimaschutz voranzubringen, darf möglichst kein klimaschädliches Kohlendioxid (CO2) mehr in die Atmosphäre. Eine Methode, die CO2-Emissionen einzudämmen, ist das Abfangen des Treibhausgases aus dem Abgasstrom von Industrieanlagen oder Kraftwerken. Idealerweise wird das abgeschiedene CO2 dann in anderen, nicht flüchtigen Materialien gebunden oder weiterverwendet. Eine Möglichkeit dafür ist die chemische Umwandlung des Gases zu Methanol, einer als Kraftstoff und Chemierohstoff nutzbaren Flüssigkeit.

„Um Kohlendioxid umzuwandeln, verwendete man bisher oft Katalysatoren, die auf Kupfer basieren“, erklärt Karin Föttinger vom Institut für Materialchemie der TU Wien. „Sie haben allerdings den großen Nachteil, dass sie nicht robust sind. Wenn im Abgasstrom neben Kohlendioxid auch noch bestimmte andere Substanzen vorkommen, zum Beispiel Schwefel, dann verliert der Katalysator rasch seine Wirkung. Man sagt, der Katalysator wird vergiftet.“ Föttinger und ihr Team haben daher nach Katalysator-Alternativen gesucht, die weniger anfällig für diese chemische Degradation sind.

„Wenn man solche Methoden nicht nur im Labor, sondern auch im großen Maßstab in der Industrie einsetzen will, dann braucht man einen Katalysator, der vielleicht ein bisschen weniger aktiv ist, aber dafür robust, haltbar und zuverlässig“, sagt Föttinger. „Man möchte ganz gewöhnliche Industrieabgase ohne Vorbehandlung verarbeiten können.“ Durch ihre Forschungen fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich Verbindungen aus Molybdän und Schwefel für die Katalyse von CO2 zu Methanol eignen.

Das in unserem Bild in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme abgebildete Molybdänsulfid bildet poröse kugelige Mikrostrukturen, die das Gas einfangen und durch ihre große Oberfläche viel Raum für chemische Reaktionen geben. Spezielle Zusätze wie Mangan erleichtern dabei die Aufspaltung und Umwandlung des eigentlich eher unreaktiven Kohlendioxids. „Wenn man möchte, kann man mit unseren Katalysatoren aber auch andere Moleküle herstellen, etwa höhere Alkohole“, erklärt Föttinger. „Wir arbeiten derzeit noch daran, genau herauszufinden, wie man Parameter wie Druck und Temperatur am besten wählt, um unterschiedliche Produkte zu erzeugen.“ Die neue Technologie wurde bereits patentiert, gemeinsam mit Industriepartnern soll das Verfahren nun auf industriellen Maßstab skaliert werden.

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