Katalysator für nachhaltiges Methanol

Die Weltwirtschaft fusst immer noch auf den fossilen Kohlenstoffquellen Erd?l, Erdgas und Kohle. Dies nicht nur f¨¹r die Produktion von Treib- und Brennstoffen, sondern auch als Rohstoff f¨¹r die chemische Industrie zur Herstellung von Kunstoffen und zahlreichen weiteren chemischen Verbindungen. Seit L?ngerem werden zwar Wege gesucht, Fl¨¹ssigtreibstoffe und chemische Produkte aus alternativen, nachhaltigen Rohstoffen herzustellen, diese sind jedoch bis jetzt nicht ¨¹ber Nischenanwendungen hinausgekommen.

Wissenschaftler der ETH Z¨¹rich haben nun zusammen mit dem franz?sischen Mineral?lunternehmen Total eine neue Technologie entwickelt, mit der man Methanol effizient direkt aus CO₂ und Wasserstoff herstellen kann. Methanol gilt als Grundchemikalie. Es ist m?glich, daraus Treibstoffe und eine grosse Bandbreite an chemischen Produkten herzustellen, darunter auch solche, die heute auf fossilen Rohstoffen basieren. Ausserdem hat Methanol das Potenzial, selbst als Treibstoff zu dienen, zum Beispiel in Methanol-Brennstoffzellen.

Nanotechnologie

Kern des neuen Ansatzes ist ein chemischer Katalysator auf der Basis von Indiumoxid, den das Team unter der Leitung von Javier P¨¦rez-Ram¨ªrez, Professor f¨¹r Katalyse-Engineering an der ETH Z¨¹rich, entwickelt hat. Dass sich Indiumoxid eignet, um die entsprechende chemische Reaktion zu katalysieren, hat das Team bereits vor wenigen Jahren experimentell zeigen k?nnen. Vielversprechend war schon damals, dass bei Verwendung dieses Katalysators praktisch nur Methanol und, mit Ausnahme von Wasser, fast keine Nebenprodukte entstehen. Zudem erwies sich der Katalysator als sehr stabil. Allerdings war Indiumoxid als Katalysator nicht ausreichend aktiv. Das heisst, es werden davon grosse Mengen gebraucht, weshalb sich damit keine wirtschaftlich rentable Anlage betreiben l?sst.

Den Wissenschaftlern ist es nun gelungen, die Aktivit?t des Katalysators markant zu erh?hen, ohne dessen Selektivit?t und Stabilit?t zu beeintr?chtigen. Sie versetzten dazu das Indiumoxid mit einer geringen Menge Palladium. ?Genauer gesagt f¨¹hren wir einzelne Palladium-Atome ins Kristallgitter des Indiumoxids ein, welche weitere Palladium-Atome an dessen Oberfl?che verankern und damit Cluster bilden, welche wichtig sind f¨¹r die Leistung des Katalysators?, erkl?rt Cecilia Mondelli, Wissenschaftlerin in P¨¦rez-Ram¨ªrez¡¯ Gruppe. Man k?nne somit von Nanotechnologie sprechen, erg?nzt P¨¦rez-Ram¨ªrez. Die Arbeit zeige beispielhaft, dass die chemische Katalyse durch theoretische ?berlegungen und den Einsatz von moderner Analytik eine Nanotechnologie geworden sei.

Geschlossener Kohlenstoffkreislauf

?Heute wird Methanol industriell ausschliesslich aus fossilen Energiequellen gewonnen, mit einem entsprechend hohen CO₂-Fussabdruck?, sagt der ETH-Professor. ?Mit unserer Technik benutzen wir CO₂ zur Herstellung von Methanol.? Dieses CO₂ kann aus der Luft gewonnen werden oder ¨C was einfacher und effizienter ist ¨C aus der Abluft von Verbrennungskraftwerken. Auch wenn aus dem Methanol Treibstoffe synthetisiert werden, die man sp?ter verbrennt, wird das CO₂ rezykliert und der Kohlenstoffkreislauf damit geschlossen.

Zur Herstellung des zweiten Ausgangsstoffes, Wasserstoff, wird Elektrizit?t ben?tigt. Stamme diese aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft, liessen sich damit nachhaltiges Methanol und somit nachhaltige Chemikalien und Fl¨¹ssigtreibstoffe herstellen, wie die Wissenschaftler betonen.

Gegen¨¹ber anderen Ans?tzen, die derzeit verfolgt werden um ?gr¨¹ne? Treibstoffe herzustellen, habe diese Methode den grossen Vorteil, dass sie nahe an der Marktreife sei, so P¨¦rez-Ram¨ªrez. Die ETH Z¨¹rich und Total haben die Technologie gemeinsam zum Patent angemeldet. Total plant, die Methode hochzuskalieren und sie m?glicherweise in den kommenden Jahren in einer Demonstrationsanlage umzusetzen.