CO2 und Methan sind als belas­tende Fak­to­ren für die Umwelt bekannt. Die TU Wien beschäf­tigt sich nun mit der Umwand­lung in nutz­bare Syn­the­se­gase bis hin zu Bio­treib­stof­fen. Eine Rolle spie­len dabei neue Nano­ver­fah­ren und Wasserstoff.

Koh­len­di­oxid (CO2) und Methan sind die bei­den mensch­ge­mach­ten Treib­haus­gase, die den größ­ten Anteil am Kli­ma­wan­del haben. Oft tre­ten beide Gase kom­bi­niert auf, etwa in Bio­gas­an­la­gen. Über­all dort, wo die Ent­ste­hung schäd­li­cher Treib­haus­gase nicht ver­hin­dert wer­den kann, sollte daher eine nütz­li­che Umwand­lung mög­lich sein. Die­ser Ansatz wird als „Car­bon Cap­ture and Uti­liza­tion“ bezeich­net und dafür sind sehr spe­zi­elle Kata­ly­sa­to­ren nötig. Bis­her bil­dete sich auf die­sen Kata­ly­sa­to­ren jedoch rasch eine Schicht aus Koh­len­stoff, das soge­nannte Ver­ko­ken und da ver­liert der „Kat“ rasch an Wirkung. 

Aus Methan und Koh­len­di­oxid wer­den Biotreibstoffe
Die TU Wien ver­folgt nun einen neuen Ansatz. Auf Perow­skit-Kris­tal­len wer­den durch spe­zi­elle Vor­be­hand­lung win­zige metal­li­sche Nano­par­ti­kel erzeugt und deren Zusam­men­spiel mit Kris­tall­ober­flä­chen sorgt für che­mi­sche Reak­tio­nen, ohne der gefürch­te­ten Ver­ko­kung. „Mit die­ser Methan-Tro­cken­re­for­mie­rung kön­nen beide Gase gleich­zei­tig in nütz­li­che Syn­the­se­gase umge­wan­delt wer­den“, sagt Chris­toph Rames­han vom Insti­tut für Mate­ri­al­che­mie der TU Wien. 

„Aus Methan und Koh­len­di­oxid ent­ste­hen Was­ser­stoff und Koh­len­mon­oxid – und dar­aus las­sen sich dann rela­tiv ein­fach andere Koh­len­was­ser­stoffe her­stel­len, bis hin zu Bio­treib­stof­fen“, so Rames­han. Große Her­aus­for­de­rung ist die Sta­bi­li­tät der Kata­ly­sa­to­ren. „Bis­her ver­wen­dete Metall-Kata­ly­sa­to­ren nei­gen dazu, win­zige Koh­len­stoff-Nano­röhr­chen zu pro­du­zie­ren und die lagern sich als schwar­zer Film an der Ober­flä­che des Kata­ly­sa­tors ab und blo­ckie­ren ihn“, erklärt Flo­rian Schrenk vom Team Rameshan. 

Perow­skit-Kris­talle als Schlüs­sel zum Erfolg
Die For­scher der TU Wien ent­wi­ckel­ten nun einen neu­ar­ti­gen Kata­ly­sa­tor und ver­wen­det Perow­skite als sau­er­stoff­hal­tige Kris­talle, die mit ver­schie­de­nen Metall­ato­men dotiert wer­den kön­nen. „Man kann etwa Nickel oder Kobalt in den Perow­skit ein­fü­gen, Metalle, die auch bis­her schon in der Kata­lyse ver­wen­det wur­den“, erläu­tert Chris­toph Rames­han. Durch eine spe­zi­elle Vor­be­hand­lung des Kris­talls mit Was­ser­stoff bei rund 600 °C wird die Wan­de­rung der Nickel- oder Kobalt­atome an die Ober­flä­che erreicht und dort bil­den sie Nanopartikel. 

Ent­schei­dend ist dabei ihre Größe. Die rich­tige che­mi­sche Reak­tion zeigt sich mit Nano­par­ti­keln mit einem Durch­mes­ser von 30 bis 50 Nano­me­tern. Und der im Perow­skit ent­hal­tene Sau­er­stoff ver­hin­dert die Aus­bil­dung von Koh­len­stoff-Nano­röhr­chen. „Mit der rich­ti­gen Größe der Nano­par­ti­kel kommt es zu kei­nen Koh­len­stoff-Abla­ge­run­gen und damit zu kei­nem Ver­ko­ken“, betont Flo­rian Schrenk. „Außer­dem sind die Nano­par­ti­kel sta­bil, die Struk­tur des Kata­ly­sa­tors ver­än­dert sich nicht, er kann dau­er­haft genutzt wer­den.“ Die Wei­ter­ver­ar­bei­tung kli­ma­schäd­li­cher Treib­haus­gase zu wert­vol­len Pro­duk­ten könnte also ein wich­ti­ger Bau­stein für eine nach­hal­tige Kreis­lauf­wirt­schaft werden.