Innovative Katalysatoren wandeln CO2 in umweltneutrale Chemikalien um
Ein Team des Lawrence Livermore National Laboratory hat eine neue Katalysatorplattform entwickelt, die die CO2-Elektrolyse mit grünem Strom revolutioniert. Diese bahnbrechende Technologie ermöglicht die effiziente Umwandlung von CO2 in wertvolle Rohstoffe wie Ethylen und Ethanol und könnte fossile Brennstoffe in der Industrie nachhaltig ersetzen.
04.10.2024
Forschende des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben eine neue Katalysatorbeschichtungsplattform für die elektrochemische Umwandlung von CO2 mit erneuerbarer Energie entwickelt. Der Schwerpunkt liegt auf der umweltfreundlichen Herstellung von Chemikalien und Kraftstoffen wie Ethylen, Ethanol und Essigsäure.
Die Technologie ermöglicht die Herstellung metallischer Beschichtungen, bei denen das Metall verdampft und sich gleichmäßig auf einer Oberfläche absetzt, ähnlich wie Wasserdampf auf einer kalten Fensterscheibe. Außerdem ermöglicht das Verfahren eine genaue Kontrolle der Dicke, Zusammensetzung, Morphologie und Porosität der Beschichtungen.
Multikohlenstoffe erzeugen
Bisher haben nur Kupfer und seine Legierungen gezeigt, dass sie CO2 effizient in so genannte Multikohlenstoffe wie Ethylen, Ethanol, Acetat und Propanol umwandeln können. „Wir haben eine neue skalierbare und abstimmbare Katalysatorplattform entwickelt, die es ermöglicht, die Katalysatorzusammensetzung abzustimmen, ohne dessen Morphologie oder die Katalysatorintegration in den Elektrolyseur zu verändern“, sagt LLNL-Materialwissenschaftler Jürgen Biener.
Die neuen Katalysatoren können problemlos in bestehenden Elektrolyseuren eingesetzt werden. Bei der Elektrolyse von CO2 wird das Klimagas in Sauerstoff und Kohlenmonoxid (CO) aufgespalten, ähnlich wie Wasser in Wasser- und Sauerstoff aufgespalten wird. CO dient als Ausgangschemikalie, aus der in der Regel unter Zugabe von Wasserstoff mit etablierten Verfahren wertvolle Multikohlenstoffe gewonnen werden.
Grüne Verbrennungsmotoren
Diese Produkte haben das Potenzial, Erdgas und Erdöl in der chemischen Industrie zu ersetzen. Die aus grünem Kohlenmonoxid und grünem Wasserstoff hergestellten Materialien sind umweltneutral, da das Ausgangsprodukt CO2 der Atmosphäre entnommen wird. Auch Schiffe, Lastwagen, Züge und Flugzeuge, die heute mit Diesel und Kerosin betrieben werden, könnten ihre Verbrennungsmotoren behalten, ohne das Klima zu belasten.
„Die Ergebnisse zeigen, dass es möglich ist, die CO2-Elektrolyse durch den Einsatz verdünnter Kupferlegierungen systematisch zu optimieren, um die Effektivität bei der Erzeugung sauberer Rohstoffe für die Chemie- und Transportindustrie zu erhöhen“, so der LLNL-Physiker Joel Varley, der die Simulationsarbeiten für diese Entwicklung geleitet hat.
