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Per Zufall Kohlenstoffdioxid in Treibstoff umgewandelt

Kohlenstoffdioxid
geschrieben von Ole

Ähnliche Überschriften konnten in dieser und in der letzten Woche in vielen englischsprachigen Zeitschriften gefunden werden. Grund genug über dieses Thema zusprechen. Nach dem First-things-first Prinzip werde ich dann gleich mal alle Hoffnung zerstören. Auch wenn aus Kohlenstoffdioxid Ethanol gewonnen werde konnte, sagen die Autoren des Papers (Open Source) in der Zusammenfassung selbst: “The overpotential (…) probably precludes economic viability (…)”

Dieser wichtige Satz wurde von fast allen berichtenden Medien unterschlagen. Er stand auch wirklich ganz am Ende des Papers, wenn man nur das Abstract liest übersieht man sowas schonmal.

Aber in kurz zu dem Paper und was die Wissenschaftler aus Oak Ridge dort nun eigentlich gemacht haben. Das eigentliche Ziel war aus Kohlenstoffdioxid Methanol herzustellen. Dazu wurde ein Kupferkatalysator genutzt. Die Gruppe nutzte aber nicht irgendeinen Kupferkatalysator. Es wurden Kupfernanopartikel auf “carbon nanospikes” aufgetragen. Die carbon nanospikes hat die Gruppe schon in einem vorherigen Paper genauer analysiert.

Darf’s ein bisschen Magie sein?

Wichtig zu wissen ist folgendes: Element-Nanopartikel zeigen häufig unerwartete und andere Eigenschaften als das Element in makroskopischer Form. Des Weiteren kommt es bei solchen Nanopartikel geträgerten Katalysatoren auch auf die dreidimensionale Struktur an. In diesem Fall primär bestimmt durch die zugrunde liegende carbon nanospikes Struktur. Es liegt also ein Katalysator vor, der aus Kohlenstoff und Kupfer besteht. Beide vorliegend als Nanopartikel und mit magischen Eigenschaften.

Elektrolytische Reduktion von CO2

Kohlenstoffdioxid zu Methanol umzuformen ist ein durchaus kompliziertes Unterfangen, aber neben der Reduktion des Kohlenstoffdioxids konnten die Forscher auch noch die Bildung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff Bindung beobachten, die eben zur Bildung des Ethanols führt. Die Reaktion läuft in wässriger Lösung ab, wobei die mit Kupfernanopartikeln belegte carbon nanospikes Oberfläche als Elektrode dient. Durch Anlegen einer Spannung findet dann die Umwandlung von in Wasser gelöstem Kohlenstoffdioxid zu Ethanol statt. Die Ausbeuten an Ethanol lagen bei ungefähr 63%. Vom rein chemischen und mechanistischem Standpunkt ist die Reaktion äußerst interessant. Vorallem, wenn man weiß, dass bei der angelegten Spannung eine sehr hohe elektrische Effizienz vorliegt.

Thermodynamik is a bitch

Daraus jedoch zu schließen, dass es sich um eine effiziente Möglichkeit handelt um Kohlendioxid zu Ethanol umsetzen ist weit gefehlt. Denn auch darauf referenzieren die Autoren in ihrer Publikationen, Möglichkeiten Kohlendioxid zu Methanol umzusetzen und dadurch das Kohlendioxid in ein wertvolleres Produkt zu überführen gibt es schon reichlich. Letztendlich stehen aber alle vor dem Problem, dass dazu mehr Energie (Elektrizität) benötigt wird, als durch die Umwandlung von Kohlendioxid gespart bzw. wiedergewonnen werden kann.

Da bei der Treibstoffverbrennung im Motor Energie frei wird, muss auch für die Rückführung der Produkte (Kohlenstoffdioxid) wieder Energie aufgewendet werden. Das ist ein Grundlegendes Prinzip der Thermodynamik. Da gibt es auch kein Rütteln dran. Mit bestimmten Katalysatoren lässt sich aber theoretisch trotzdem ein Prozess entwickeln, der ökonomisch noch Sinn macht. Mutter Natur macht uns das mit der Photosynthese hervorragend vor. Das größte Problem wird aber am Ende immer in der Skalierbarkeit stecken. Ein weiteres Problem, und das habe ich schon bei der Biomasseverwertung angesprochen, besteht in der Reinheit des emittierten Kohlenstoffdioxids. Denn dort wo dieses produziert wird, wird in der Regel auch jede Menge anderes “Zeug” ausgestoßen. Ein funktionsfähiger Katalysator muss am Ende also nicht nur effektiv sein, sondern auch äußerst stabil und inert gegenüber Verunreinigungen sein.

Beitragsbild: Kai Tholen / pixelio.de

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Ole

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