Will man Kohlendioxid am Ort seiner Entstehung in andere, weniger klimaschädliche Substanzen umwandeln, braucht man Katalysatoren, die das sehr stabile Molekül aufspalten. Bisher mangelte es diesen Reaktionsbeschleunigern nach Angaben der Technischen Universität (TU) Wien an Stabilität. Forscher der TU Wien haben nun ein Material mit einer speziellen Kristallstruktur hergestellt, das sich dafür eignet, zudem sehr stabil und relativ billig ist.

Ausgangspunkt der Arbeit von Christoph Rameshan vom Institut für Materialchemie der TU Wien ist die sogenannte "reverse Wassergas-Shift-Reaktion". Dabei wird Kohlendioxid und Wasserstoff in Wasser und Kohlenmonoxid umgewandelt. Letzteres kann man dann weiterverarbeiten, etwa zu Methanol, zu chemischen Grundstoffen oder zu Treibstoff.

Weil diese Reaktion bei hohen Temperaturen von 600 bis 700 Grad Celsius abläuft verlieren die nötigen Katalysatoren rasch ihre Funktion. Daher wird die Reaktion auf industriellem Maßstab zur CO2-Nutzbarmachung kaum eingesetzt.

Maßgeschneidertes Material

Den Forschern um Rameshan ist es nun gelungen, ein Material aus der Klasse der sogenannten Perowskite speziell für diese Reaktion maßzuschneidern. Perowskite sind eine große Gruppe von Materialien mit unterschiedlicher Zusammensetzung, die aber alle eine sehr ähnliche Kristallstruktur haben. Derzeit werden solche Materialien unter anderem in Solar- oder Brennstoffzellen eingesetzt.

Das von den Wiener Forschern hergestellte Material besteht aus Kobalt, Eisen, Kalzium und Neodym und hat ihren Angaben zufolge "hervorragende Eigenschaften". Die Reaktion muss zwar ebenfalls bei so hohen Temperaturen ablaufen, aber "wir konnten zeigen, dass unser Perowskit deutlich stabiler ist als andere Katalysatoren", so Rameshan. Zudem habe das Material den Vorteil, dass es regeneriert werden kann: Sobald seine katalytische Aktivität nach einer gewissen Zeit nachlässt, kann man es einfach mit Hilfe von Sauerstoff wieder in seinen ursprünglichen Zustand versetzen und weiterverwenden.

Noch ist das Material teurer als andere Katalysatoren, zeichne sich aber durch deutlich bessere Haltbarkeit aus. Die Forscher, die über ihre Entwicklung im Fachjournal "Applied Catalysis B: Environmental" berichten, wollen zudem versuchen, das teure Element Neodym zu ersetzen, um die Kosten noch weiter zu reduzieren.

Service: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120183