Technologie

Methanol aus Kohlendioxid

30.06.2022 - Katalysator aus Molybdändisulfid für nachhaltige Stoffkreisläufe.

Lässt sich die Entstehung von Kohlendioxid nicht verhindern, sollte es abgeschieden und in andere Stoffe umgewandelt werden. Am besten ist es, wenn dadurch Substanzen entstehen, die Wert haben und verkauft werden können. An der TU Wien wurde dafür nun eine neue Methode entwickelt: Mit Hilfe eines speziellen Katalysator­materials aus Schwefel und Molybdän wird aus CO2 flüssiges Methanol. Die neue Technologie wurde bereits patentiert, gemeinsam mit Industrie­partnern soll das Verfahren nun auf indus­triellen Maßstab skaliert werden.

Genau dort, wo Kohlendioxid in maximaler Konzentration vorkommt – etwa direkt im Abgasstrom großer Industrieanlagen – kann man es am effizien­testen nutzen. Die Idee, das Kohlendioxid dort in wertvolle Produkte umzuwandeln, ist nicht neu, aber schwierig. Bei manchen Verfahren muss das CO2 vorher angereichert und abgetrennt werden, das verursacht zusätzlich Kosten und Energie­aufwand. „Um Kohlen­dioxid umzuwandeln, verwendete man bisher oft Kata­lysatoren, die auf Kupfer basieren“, sagt Karin Föttinger vom Institut für Material­chemie der TU Wien. „Sie haben allerdings den großen Nachteil, dass sie nicht robust sind. Wenn im Abgasstrom neben Kohlen­dioxid auch noch bestimmte andere Substanzen vorkommen, zum Beispiel Schwefel, dann verliert der Katalysator rasch seine Wirkung. Man sagt, der Katalysator wird vergiftet.“

Karin Föttinger machte sich daher mit ihrer Forschungs­gruppe auf die Suche nach einem besseren Material. „Wenn man solche Methoden nicht nur im Labor, sondern auch im großen Maßstab in der Industrie einsetzen will, dann braucht man einen Katalysator, der vielleicht zwar ein bisschen weniger aktiv ist, aber dafür robust, haltbar und zuverlässig“, erklärt Föttinger. „Man möchte ganz gewöhnliche Industrie­abgase ohne Vorbe­handlung verarbeiten können.“ Das Forschungsteam konnte zeigen, dass Kata­lysatoren auf Basis von Schwefel und Molybdän diese Anfor­derungen erfüllen. Spezielle Zusatz­elemente, etwa Mangan, sorgen dafür, dass das eigentlich sehr unreaktive Kohlendioxid aufgespalten und umgewandelt wird.

Durch die Wahl solcher Zusatz­elemente kann man die Eigenschaften der Katalysatoren genau an den gewünschten Einsatzbereich anpassen. So lässt sich nun aus CO2-haltigem Abgas Methanol herstellen. „Methanol ist ein attraktives Produkt. Es ist bei Raumtemperatur flüssig, lässt sich also problemlos lagern. Es wird in der Industrie benötigt, bisher stellt man es normaler­weise aus fossilen Rohstoffen her“, sagt Karin Föttinger. „Wenn man möchte, kann man mit unseren Kata­lysatoren aber auch andere Moleküle herstellen, etwa höhere Alkohole. Wir arbeiten derzeit noch daran, genau heraus­zufinden, wie man Parameter wie Druck und Temperatur am besten wählt, um unter­schiedliche Produkte zu erzeugen.“

Die Methode wurde nun patentiert, jetzt soll sie in Zusammenarbeit mit Partnerfirmen auf Industrie­maßstab hochskaliert werden. „Wir arbeiten bereits mit interes­sierten Firmen zusammen, gleichzeitig suchen wir nach weiteren möglichen Kooperationen“, sagt Karin Föttinger. Die neuartigen Kata­lysatoren sollen auf diese Weise einen wichtigen Beitrag leisten, die Industrie klimaneutral zu machen und Stoffkreis­läufe zu schließen.

TU Wien / JOL

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