Kohlendioxid als Treibstoff der Zukunft

Zeigen Bäume und Pflanzen vor, wie sich CO2 künftig nutzen lässt? Linzer Forscher verwenden Katalysatoren, die die Natur mimen und das Treibhausgas in neue Produkte umwandeln.

Die Natur macht vor, wie es geht: Sie verwandelt Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in energiereiche Biomoleküle wie Holz.
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Die Natur macht vor, wie es geht: Sie verwandelt Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in energiereiche Biomoleküle wie Holz.
Die Natur macht vor, wie es geht: Sie verwandelt Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in energiereiche Biomoleküle wie Holz. – (c) Alice Grancy

Die Natur wäre der effektivste Garant für einen Stopp der Klimaveränderung. Pflanzen und Bäume verwandeln Kohlendioxyd (CO2) in energiereiche Biomoleküle, die dann letztlich, etwa in Form des Holzes, für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen. Warum sollte man also diesen natürlichen Kreislauf nicht nachstellen und mit großen Anwendungsverfahren das Treibhausgas CO2 in neu zu nutzenden Treibstoff umwandeln?

Der Chemiker und Materialwissenschaftler Philipp Stadler weiß, dass Forschergruppen in aller Welt an einer derartigen zukunftsträchtigen Umsetzung arbeiten, dass auch Vorstufen zu einem anwendungsreifen Prototypen vorliegen. Nun hat der Assistenzprofessor an der Johannes Kepler Universität Linz, Institut für Physikalische Chemie, als Letztautor im Fachblatt „Science Advances“ einen neuen Forschungsstand der in diesem Bereich kooperierenden Universitäten – Uni Linz, University of Toronto/Kanada und Selçuk Üniversitesi Konya/Türkei – zusammengefasst.

 

Gold und Kupfer zu teuer

Gesucht wird in den bisherigen Forschungsszenarien nach geeigneten Katalysatoren für den Umwandlungsprozess. Die Katalysatoren sollen das Gas mithilfe elektrischer Energie in Kohlenmonoxid verändern. Als brauchbar erwiesen sich bisher Edelmetalle wie Gold, Silber, Kupfer, Kobalt oder Palladium. Diese sind allerdings nicht im erforderlichen Ausmaß vorhanden oder für eine massive Produktion zu teuer. Dazu Stadler: „Wir simulieren molekulare Sequenzen, die ohne Metalle auskommen.“

Zudem wäre ein Verfahren dann nicht zielführend, wenn dafür eine zu große Menge an Energie – dem für die Elektrokatalyse benötigten Strom – aufgewendet werden muss. Als alternative Methode wird nun ein Katalysator auf Basis eines synthetischen Polymers gesehen. Diese Polymere weisen große Ähnlichkeiten zu hochleitfähigen katalytischen Metallen wie Gold oder Silber auf. Sie verfügen über teilweise metallische Eigenschaften und sind gleichzeitig einfach herzustellen.

Dabei orientiert man sich am Pigment Melanin, das die Färbung von Haut und Haaren bewirkt. Dieses modifizierte, leitfähig gemachte Melanin nutzen die Linzer Forscher nun, um CO2 mit elektrischem Strom effizient in Ameisensäure und Kohlenmonoxid umzuwandeln.

Da CO2 als Hauptursache für den Klimawandel angenommen wird, werden zur Zeit mehrere Strategien erörtert. Philipp Stadler weist auf Pläne hin, CO2 in große unterirdische Lager zu pumpen, das Kohlendioxyd somit aus der Atmosphäre abzuziehen und möglicherweise später einmal zu nutzen. Für die Forschergruppen in Linz, Toronto und Konya ist dies kein gangbarer Weg. Da soll vielmehr CO2 direkt in chemische Produkte und letztlich in Treibstoff zurückgeführt werden.

Die aktuellen Forschungsvorhaben sind vor dem Hintergrund der alarmierenden Klimaveränderung zu sehen. Weltweit werden an die 35.000 Millionen Tonnen CO2 pro Jahr aus energetischer Nutzung emittiert. In Österreich weist das Umweltbundesamt für 2015 ein Kohlendioxyd-Äquivalent von 79,9 Millionen Tonnen aus.

 

Österreich als Klimasünder

Können da künftige Rückführverfahren wirklich eine spürbare Reduktion bringen? „Entweder wir steigen auf völlig neue Energiequellen, auf Sonnen- oder Windenergie um“, so Stadler, „oder wir arbeiten an innovative Lösungen.“ Österreich ist ein Klimasünder, die CO2-Emissionen steigen trotz der niedrigeren EU-Zielvorgaben immer noch leicht an.

Die Rückführung von CO2 in Treibstoff oder in eine anderweitige Produktion bleibt somit das Ziel der Forschungsgruppen. Freilich geht es an der Uni Linz um ein Problem der angewandten Forschung und nicht um die Konstruktion einer industriellen Anlage. Stadler: „Wir beschäftigen uns mit Katalysatoren, die die Natur mimen, mit dem Ziel der kostengünstigen Rückgewinnung bei einem möglichst geringen Energieverlust.“ Für den 36-jährigen Forscher stehen elektrisch leitfähige Polymersysteme jedenfalls weiter im Fokus.

IN ZAHLEN

34 Milliarden Tonnen beträgt der weltweite CO2-Ausstoß. China und die USA sind die größten Emittenten.
80 Millionen Tonnen werden in Österreich laut Umweltbundesamt an CO2-Emissionen gemessen. Zuletzt belief sich der Zuwachs auf etwa drei Prozent pro Jahr.

3 Universitäten – in Österreich, Kanada und der Türkei – suchen nach einer Rückführung von CO2 in den natürlichen Kreislauf. Dazu forschen auch weitere wissenschaftliche Gruppen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 19.08.2017)

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