Forscher wollen klimaschädliches Treibhausgas in wertvolle Grundchemikalien umwandeln

© Fotolia / AdobeDarmstadt - Klimaschädliches Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffe und andere Grundchemikalien umzuwandeln ist ein Beitrag auf dem Weg in eine nachhaltige Wirtschaft. Forscher sind dem Verständnis für den Umwandlungsmechanismus auf der Spur.

Forschende der TU Darmstadt und des Helmholtz-Instituts Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien haben wesentliche Schritte der elektrochemischen Kohlendioxid-Umwandlung entschlüsselt. In Zukunft könnte das CO2 in der Atmosphäre für die Herstellung von Grundchemikalien genutzt werden.

Wie Kohlendioxid aus der Luft in Grundchemikalien umgewandelt werden können
Ein zukunftsträchtiges Verfahren, Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffe und andere Grundchemikalien umzuwandeln, ist die elektrochemische Umsetzung des aus der Luft oder aus industriellen Abfall- und Nebenströmen isolierten Gases an Kupferkatalysatoren. Als Energiequelle kann Solar- oder Windstrom dienen. Allerdings ist die elektrokatalytische Umsetzung von Kohlendioxid ein komplexer Prozess, dessen einzelne Schritte noch nicht aufgeklärt sind. „Ein tieferer Einblick in die Reaktionsmechanismen ist unbedingt erforderlich, um die Umsetzung des Kohlendioxids in Richtung der gewünschten Zielprodukte zu lenken“, betont Professor Bastian J. M. Etzold vom Fachbereich Chemie der TU Darmstadt.

Forscher entschlüsseln wesentlich Schritte der Kohlendioxid-Umwandlung
Zusammen mit der Gruppe von Professor Jan P. Hoffmann (Fachbereich Material- und Geowissenschaften der TU Darmstadt) und Forschern vom Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien haben Etzold und seine Mitarbeiter jetzt wesentliche Schritte der elektrochemischen Kohlendioxid-Umwandlung entschlüsselt. Dabei verwendeten sie einen Trick: Auf dem Kupferkatalysator brachten die Wissenschaftler eine ionische Flüssigkeit auf, die als chemische Falle fungierte.

So lassen sich Zwischenprodukte der elektrochemischen Umsetzung abfangen und bestimmte Reaktionsschritte unterbinden oder verlangsamen. „Wir konnten die daraus resultierende Veränderung im Produktspektrum nutzen, um das komplexe Reaktionsnetzwerk zu vereinfachen und Schlüsselschritte zu identifizieren“, erklärt Etzold. Unter anderem konnten die Wissenschaftler neue Erkenntnisse zur Umsetzung von Kohlendioxid zu den Alkoholen Ethanol und Propanol sowie zu den Kohlenwasserstoffen Ethan und Ethen ableiten.

Konzept aus der Modifikation von Platinkatalysatoren neu angewendet
Die jetzt verwendete Strategie orientiert sich an dem Konzept SCILL (solid catalyst with ionic liquid layer), das Etzold erstmals vor 13 Jahren publizierte. SCILL diente bislang u.a. der Modifikation von Platinkatalysatoren für Brennstoffzellen. Das Aufbringen der ionischen Flüssigkeit auf dem Katalysator sei eine einfach anwendbare Methode, unterstreicht Etzold: Dank der Vielfalt an ionischen Flüssigkeiten eigne sich der Ansatz auch für die Untersuchung von anderen elektrochemischen Reaktionen sowie generell zur Steuerung des Produktspektrums in der Elektrokatalyse.