Neuer Ansatz zur Umwandlung von Kohlendioxid in flüssigen Brennstoff

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Neuer Ansatz zur Umwandlung von Kohlendioxid in flüssige Brennstoffe Autor/Quelle: Datum: 08.01.2016 Klickzahlen: 199 Am 7. Januar 2016 veröffentlichten die Forschergruppen von Professor Xie Yi sowie Professor Sun Yongfu vom Institut für Chemie und Materialwissenschaften der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie sowie vom Labor für Mikroskalige Materiewissenschaften in Hefei ihre Forschungsergebnisse in der Zeitschrift „Nature“. Dabei wurde eine neue Methode zur katalytischen Umwandlung von Kohlendioxid in flüssige Brennstoffe vorgestellt. 　　Früher erforderte die Aktivierung von Kohlendioxid große Mengen an Energie. Seit Beginn dieses Jahrhunderts haben die massiven Emissionen von Treibhausgasen wie Kohlendioxid im Zuge der Industrialisierung dazu geführt, dass sich die Geschwindigkeit der globalen Erwärmung stetig erhöht ； Andererseits weist der massive Verbrauch von nicht erneuerbaren fossilen Brennstoffen auf eine globale Energiekrise hin. Um diesen beiden ernsten Bedrohungen entgegenzuwirken, suchen Wissenschaftler in den letzten Jahren nach verschiedenen technischen Lösungen, die in der Praxis angewandt werden können, um den Prozess der Freisetzung von Kohlendioxid durch den Verbrennungs von fossilen Brennstoffen umzukehren. Dadurch kann sowohl die Kohlendioxidemission verringert als auch ein Teil des Energiemangels gelindert werden. 　　“Es gibt verschiedene Wege zur katalytischen Umwandlung von Kohlendioxid, wie z. B. photochemische Katalyse, elektrochemische Katalyse, photoelektrochemische Katalyse sowie die Verwendung von Wasserstoffgas. Die Arbeit unserer Forschungsgruppe befasst sich lediglich mit einigen Mechanismen der elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid – ohne dass es um die Verbesserung der Leistung geht. ”Gestern sagte Xie Yi in einem Telefoninterview mit Journalisten, dass der Prozess der elektrokatalytischen Reduktion Kohlendioxid in verschiedene Kohlenwasserstoffkraftstoffmoleküle umwandeln kann, wodurch Kraftstoffe wie Methan, Formiat und Methanol gewonnen werden können. Doch Kohlendioxid ist äußerst stabil. Ein Hindernis bei der elektrochemischen Reduktion von Kohlendioxid besteht darin, wie man dieses hochstabile Kohlendioxid aktivieren kann – was oft einen sehr hohen Überpotenzial erfordert ； Die Existenz eines Überpotentials führt nicht nur zum Verbrauch großer Mengen an Energie, sondern führt oft auch dazu, dass die Reduktionsprodukte selektiv abnehmen. 　　Im Allgemeinen weisen Katalysatoren aus Edelmetallen eine hohe katalytische Aktivität auf, doch ihr hoher Preis beschränkt ihre großflächige Anwendung erheblich. Deshalb suchen Wissenschaftler nach verschiedenen relativ günstigen Metallkatalysatoren. 　　Die Kombination aus ultradünnen Strukturen und Metalloxiden ist vorteilhafter. Frühere Studien haben gezeigt, dass Metallkatalysatoren, die durch die Reduktion von Metalloxiden hergestellt werden, eine höhere Katalyseaktivität aufweisen als solche, die auf anderen Wegen hergestellt werden. Zudem kann dadurch das Reduktionspotenzial für Kohlendioxid auf den thermodynamischen Minimalwert gesenkt werden. “Allerdings ist bis heute nicht klar, warum diese Oberflächenmetalloxide die elektrokatalytischen Eigenschaften verbessern können. Der Grund dafür liegt darin, dass die zuvor hergestellten Katalysatoren große Mengen an Mikrostrukturen enthielten – wie beispielsweise Schnittflächen oder Defekte. Die Existenz dieser Mikrostrukturen kann dazu führen, dass der Einfluss der Oberflächenmetalloxide auf die eigentlichen katalytischen Eigenschaften des Metalls überdeckt wird. Dadurch wird es schwierig, die Wirkung der verschiedenen Bestandteile eindeutig zu beurteilen. ”Said Xie Yi. 　　Zu diesem Zweck entwickelte das Forscherteam ein hybrides Modellmaterialsystem, nämlich eine ultradünne Hybridstruktur aus Metall und Metalloxid mit einer Dicke von mehreren Atomlagen. Es zeichnet sich durch eine klare Struktur, extreme Dünnheit sowie viele oberflächenaktive Atome aus. Studien haben gezeigt, dass Oberflächenkobaltatome, die in ultradünnen Strukturen eingeschlossen sind, im Vergleich zu Oberflächenkobaltatomen in Massenmaterialien bei niedrigeren Überpotentialen eine höhere inhärente katalytische Aktivität sowie eine höhere Produktselektivität aufweisen. Die teilweise Oxidation der Kobaltatomsschicht erhöht ihre inhärente katalytische Aktivität weiter. 　　“Das bedeutet, dass Metallatome in bestimmten Anordnungen und Oxidationsstufen eine höhere katalytische Umwandlungsaktivität aufweisen können – also erhöht die Präsenz von ultradünnen zweidimensionalen Strukturen sowie Metalloxiden die Fähigkeit zur katalytischen Reduktion von Kohlendioxid. ”Said Xie Yi. 　　Allerdings ist die „Reinigung“ von Kohlendioxid in kohlenwasserstoffbasierte Energieträger kein sofortiger Prozess – bis zur praktischen Anwendung liegt noch ein langer Weg vor uns. Xie Yi sagte, dass derzeit viele Wissenschaftler auf internationaler Ebene an der katalytischen Umwandlung von Kohlendioxid forschen. Doch die aktuellen Forschungen befinden sich noch in der rein grundlegenden Forschungsphase. Xie Yi fügte hinzu, dass es bei der praktischen Anwendung von Kohlendioxid neben dem Katalysierungsprozess noch viele Herausforderungen zu überwinden gilt. Dazu gehören die Erfassung und Anreicherung des Kohlendioxids in der Luft vor der Umwandlung sowie die Trennung der Produkte nach der Umwandlung – all das stellt weiterhin erhebliche technische Hürden dar. http://www.nmtech.com.cn/*nwen_xgyw_xx.asp?path=58&id=174708