Grüner Sprit mit atomaren Zwillingen hergestellt
Materialwissenschaftler des KRICT wandeln Klimagas CO2 in den wertvollen Rohstoff CO um
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Vereinzelte Atompaare: Sie sind die besseren Katalysatoren (Illustration: Edwin Veloz, pixabay.com) |
Daejeon (pte003/20.03.2026/06:10)
Eine Wolke aus einzelnen Atomen oder Molekülen, fixiert in einem Gerüst, ist oft ein besserer Katalysator als ein ganzer Klumpen aus dem gleichen Material. Den jüngsten Beweis dafür hat ein Team unter der Leitung von Hyun-Tak Kim am Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) geliefert. Die Forscher haben mit einer Vielzahl von vereinzelten Kupfer-Nickel-Atompärchen das Klimagas CO2 unter sanften Bedingungen von einem seiner zwei Sauerstoffatome befreit.
Verklumpung bremst Katalysator
Das so erzeugte Kohlenstoffmonoxid (CO) ist ein wertvoller Chemierohstoff und Ausgangsmaterial für umweltneutrale Treibstoffe wie Benzin, Diesel und Kerosin. Die Umwandlung von CO2 in CO ist normalerweise ein äußerst energieaufwendiger Prozess. Um das Sauerstoffatom aus dem stabilen CO2-Molekül zu entfernen, ist eine Temperatur von 500 bis 600 Grad Celsius nötig, was den Prozess unwirtschaftlich macht. Zudem haben die dabei eingesetzten Katalysatoren, typischerweise Metallnanopartikel wie Nickel, Kupfer oder Platin, nur eine kurze Lebensdauer. Ein längerer Betrieb bei hohen Temperaturen führt zu Sinterbildung. Die Metallpartikel verklumpen, was die Anzahl der aktiven Stellen verringert und die Kat-Leistung mindert.
Als Alternative gelten isolierte Metallatome auf kohlenstoffbasierten Trägern, die nicht verklumpen können. Doch bisherige Katalysatoren dieser Art hatten ebenfalls ein zu kurzes Leben. Das Team, dem Experten von drei weiteren südkoreanischen Forschungsinstitutionen angehören, haben einen Katalysator entwickelt, bei dem Kupfer und Nickel als Atompaar innerhalb eines stickstoffdotierten Kohlenstoffgerüsts verankert ist. Diese Struktur minimiert den Metallverbrauch und gewährleistet gleichzeitig eine hohe katalytische Aktivität und Stabilität, unterstreichen die Materialwissenschaftler.
300 Grad Celsius genügen
Da die Metallatome innerhalb des Trägers stark stabilisiert sind, bleiben sie auch bei wiederholtem Hochtemperaturbetrieb atomar verteilt. Verklumpungen die die katalytisch aktiven Oberflächen drastisch reduzieren, werden so vermieden. Die Abspaltung des störenden Sauerstoffatoms beginnt, auf diese Weise katalysiert, bereits bei einer Temperatur von 300 Grad, benötigt also weit weniger Energie. Die Umwandlung gelingt mit einer Effektivität von nahezu 100 Prozent. Alle Produkte, die auf so hergestelltem CO basieren, sind dauerhaft umweltneutral, weil sie, selbst wenn sie verbrannt werden, nur so viel CO2 freisetzen wie zuvor aus der Atmosphäre entfernt worden ist, heißt es abschließend.
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