Liebe Umweltschützer und -verschmutzer!
Eine Möglichkeit, den CO2-Anteil der Atmosphäre zu kontrollieren ist, es gar nicht entstehen zu lassen. Das ist aber verbunden mit einer massiven Einschränkung unseres Lebensstils und mit einem massiven Verlust an Arbeitsplätzen und generell Wohlstandsverlust. Eine andere ist es, im Umfang des freigesetzten CO2 eine adäquate Menge zu binden durch Aufforstung, Ozeandüngung (1) und andere Negativemissionstechnologien, die aber ihrerseits teils unbekannte globale Umweltauswirkungen haben. Die bevorzugte Option wäre daher, das entstandene CO2 einzufangen oder falls das nicht gelingt, es in etwas anderes umzuwandeln und nutzbar zu machen (CO2 utilization). Ein grundsätzlicher Ansatz besteht darin, spezielle Katalysatoren zu verwenden, die solche Reaktionen ermöglichen. Das Problem: Die mangelnde Stabilität - nach gewisser Zeit verlieren viele Materialien ihre katalytischen Eigenschaften, ähnlich wie ein Filter irgendwann verstopft und ausgetauscht werden muss.
Das Institut für Materialchemie der TU Wien rund um Prof. Christoph Rameshan forscht dazu an Perowskiten (2) als Katalysatormaterial, allseits beliebte und leicht herstellbare Mineralien mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Die werden bislang eher für Photovoltaik-Elemente oder aufgrund ihrer Supraleitfähigkeit als elektronische Bauteile eingesetzt. Nun gelang es gemäß dieser Arbeit erstmals, einen Perowskit herzustellen, der sich offenbar als Katalysator gut eignet, um CO2 in andere Substanzen umzuwandeln, z.B. in synthetische Treibstoffe.
Die Reaktion im Katalysator: Aus CO2 und H2 wird CO und H2O
Quelle
Diese Reaktion nennt sich "reverse Wassergas-Shift-Reaktion“ (rWGS) und ist an sich ein alter Hut. Da sie hohe Temperaturen erfordert, gingen die nötigen Katalysatoren bisher rasch kaputt, was das Ganze unrentabel machte. Die Gruppe von Christoph Rameshan probierte verschiedene Perowskite aus und fand schliesslich eine Kombination aus Kobalt, Eisen, Calcium und Neodym, die sehr gut funktionierte (3).
Bei der Katalyse bilden sich an der Oberfläche der Perowskit-Kristallstruktur sogenannte "Sauerstoff-Fehlstellen" – Stellen, an denen eigentlich ein Sauerstoff-Atom sitzen sollte, an denen aber CO2-Moleküle andocken können, um dann in Sauerstoff und Kohlenmonoxid zerlegt zu werden.
Der Perowskit-Katalysator ist nicht nur stabiler als andere, sondern auch regenerierbar. Wenn seine katalytische Aktivität irgendwann doch nachlässt, kann er mit Hilfe von Sauerstoff wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzt werden. Das macht ihn Schätzungen zufolge ökonomisch vielversprechend, obwohl er dreimal so teuer ist als andere Katalysatoren. Derzeit versucht die Arbeitsgruppe, das relativ teure Neodym durch etwas anderes zu ersetzen, um ihn noch rentabler zu machen.
Theoretisch könnte man damit CO2 aus der Atmosphäre holen. Weil man aber dafür zuerst das Kohlendioxid konzentrieren muss (was nur mit hohem Energieaufwand möglich ist), wäre es effizienter, CO2 dort umzuwandeln, wo es in großer Menge entsteht, beispielsweise in Industrieanlagen. Wenn man solche Anlagen mit derartigen CO2-Wandlern ausstattet, kann das erzeugte Kohlenmonoxid (CO) effizient zu chemischen Grundstoffen wie Methanol und auch zu synthetischem Treibstoff verarbeitet werden, ohne dass diese Fabriken CO2-Schleudern wären (3). Eine neue Art grüner Treibstoff ohne Abhängigkeit von Wind und Sonneneinstrahlung wäre so möglich.
Warum ich das alles erwähne? Weil es ein gutes Beispiel ist für die Kraft der Innovation. Die derzeitige Politik denkt nur in Begriffen wie Regulierungen, Verbote und Kontrollen, statt auf die Kreativität der Wissenschaft zu setzen!
Quellen:
(1) https://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Ozeand%C3%BCngung
(2) https://www.perovskite-info.com/
(3) https://www.scinexx.de/businessnews/neuer-katalysator-fuer-geringeren-co2-ausstoss/
