{"id":109512,"date":"2022-05-18T07:13:00","date_gmt":"2022-05-18T05:13:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=109512"},"modified":"2022-05-16T13:06:21","modified_gmt":"2022-05-16T11:06:21","slug":"ratsel-um-katalyse-zur-grunen-produktion-von-methanol-aus-kohlendioxid-gelost","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/ratsel-um-katalyse-zur-grunen-produktion-von-methanol-aus-kohlendioxid-gelost\/","title":{"rendered":"R\u00e4tsel um Katalyse zur gr\u00fcnen Produktion von Methanol aus Kohlendioxid gel\u00f6st"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Wissenschaftlern der Universit\u00e4t Stockholm ist es erstmals gelungen, die Oberfl\u00e4che eines Kupfer-Zink-Katalysators bei der Reduktion von Kohlendioxid zu Methanol zu beobachten. Die Erkenntnisse, die an DESYs Forschungslichtquelle PETRA III erzielt wurden, hat die Gruppe jetzt in der Fachzeitschrift Science<\/em> ver\u00f6ffentlicht. Eine bessere Kenntnis des katalytischen Prozesses der Methanolsynthese und die M\u00f6glichkeit, noch effizientere Materialien hierf\u00fcr zu finden, ist eine wichtige Grundlage f\u00fcr mehr Nachhaltigkeit in der chemischen Industrie.<\/p>\n\n\n\n

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Die Grafik zeigt eine mit einer geringen Menge Zink bedeckte Kupferoberfl\u00e4che des Katalysators, die w\u00e4hrend der Reaktion von Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Methanol mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie untersucht wurde. \u00a9 Stockholm University<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Mit einer Jahresproduktion von 110 Millionen Tonnen ist Methanol einer der wichtigsten Grundstoffe in der Petrochemie. Es kann zu Zehntausenden verschiedenen Produkten weiterverarbeitet werden, z.B. zu Kunststoffen, Waschmitteln, Arzneimitteln und Kraftstoffen. Insbesondere als gr\u00fcner Flugkraftstoff hat Methanol das Potenzial zu einem wichtigen Energietr\u00e4ger der Zukunft zu werden. Dieser k\u00f6nnte klimaneutral aus Kohlendioxid, das aus der Luft abgeschieden wird, und gr\u00fcnem Wasserstoff aus der Elektrolyse von Wasser, erzeugt werden. Eine zuk\u00fcnftige gr\u00fcne Transformation der chemischen Industrie, bei der Wind- oder Sonnenenergie Elektrolysezellen antreiben, wird dadurch greifbar.<\/p>\n\n\n\n

Methanol ist der am einfachsten aufgebaute Vertreter aus der Stoffgruppe der Alkohole. Die industrielle Herstellung von Methanol erfolgt in einem katalytischen Prozess, bei dem eine Mischung aus Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2<\/sub>) und Wasserstoff (H2<\/sub>) zu Methanol (CH3<\/sub>OH) reagiert. Der Katalysator, der die Reaktion erm\u00f6glicht, besteht aus Kupfer, Zinkoxid und Aluminiumoxid. Die zugrundeliegende Funktion und der chemische Zustand der Katalysatorbestandteile w\u00e4hrend der Reaktion blieben jedoch stets ein R\u00e4tsel \u2013 bis jetzt.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDie Herausforderung war, die Katalysatoroberfl\u00e4che mit oberfl\u00e4chensensitiven Methoden unter realen Reaktionsbedingungen bei relativ hohen Dr\u00fccken und Temperaturen experimentell zu untersuchen. Diese Bedingungen waren viele Jahre lang nicht erreichbar, und es gab verschiedene Hypothesen dar\u00fcber, ob Zink w\u00e4hrend der Katalyse als Oxid, metallisch oder in einer Legierung mit Kupfer vorliegt, die aber nicht eindeutig verifiziert werden konnten\u201c, sagt Anders Nilsson<\/strong>, Professor f\u00fcr chemische Physik an der Universit\u00e4t Stockholm.<\/p>

\u201eEs ist fantastisch, dass wir nach vielen Jahren intensiver Arbeit Licht in dieses komplexe Thema der Methanolbildung \u00fcber Kupfer-Zink-Katalysatoren bringen konnten\u201c, sagt Peter Amann<\/strong>, Erstautor der Ver\u00f6ffentlichung.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

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Christopher Schl\u00fcter zusammen mit Peter Amann in der Experimentierh\u00fctte von P22. \u00a9 Stockholm University<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Untersuchungen f\u00fchrte das Team an der PETRA III-Beamline P22 durch, die auf die Untersuchung der elektronischen und atomaren Struktur von Oberfl\u00e4chen, Grenzfl\u00e4chen und Festk\u00f6rpern mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie spezialisiert ist. <\/p>\n\n\n\n

\u201eDas Besondere ist, dass wir in Stockholm ein Instrument f\u00fcr die Photoelektronenspektroskopie gebaut haben, mit dem sich Katalysatoroberfl\u00e4chen unter hohem Druck untersuchen lassen, so dass wir direkt beobachten k\u00f6nnen, was bei der Reaktion passiert\u201c, sagt David Degerman<\/strong>, Doktorand der Chemischen Physik an der Universit\u00e4t Stockholm. \u201eMit unserem neuen Instrument haben wir eine neue T\u00fcr zur Erforschung der Katalyse ge\u00f6ffnet.\u201c<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

\u201eMit unseren Messungen konnten wir nachweisen, dass Zink direkt an der Oberfl\u00e4che mit Kupfer legiert ist und dadurch spezielle atomare Stellen entstehen, an denen Methanol aus Kohlendioxid gebildet wird\u201c, sagt Chris Goodwin<\/strong>, Forscher im Bereich Chemische Physik an der Universit\u00e4t Stockholm. \u201eBei industriellen Prozessen wird eine kleine Menge Kohlenmonoxid beigemischt, was die Bildung von Zinkoxid aus Kohlendioxid verhindert.\u201c<\/p>

\u201eDas innovative Spektroskopie-Instrument der Universit\u00e4t Stockholm in Kombination mit den Strahlparametern von PETRA\u00a0III erm\u00f6glicht nun In-Operando-Experimente an Katalysatoren bei zehnmal h\u00f6heren Dr\u00fccken als an anderen Synchrotronlichtquellen\u201c, sagt Christoph Schlueter<\/strong> (DESY), Leiter der Strahlf\u00fchrung P22. \u201eUnser Stockholmer Instrument an PETRA\u00a0III, einer der hellsten R\u00f6ntgenquellen der Welt zu haben, war entscheidend f\u00fcr die Durchf\u00fchrung der Studie\u201c, erg\u00e4nzt Patrick L\u00f6mker<\/strong>, Postdoc an der Universit\u00e4t Stockholm. \u201eF\u00fcr die Zukunft mit noch helleren Quellen versprechen wir uns noch mehr spannende Forschung, wenn die Maschine zu PETRA IV ausgebaut wird.\u201c<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

In der Studie konnten die Forscher unterschiedliche Verhaltensweisen der Katalysatoroberfl\u00e4che in Abh\u00e4ngigkeit vom CO- und CO2<\/sub>-Anteil im Gasgemisch feststellen \u2013 ein Ansatzpunkt f\u00fcr die Optimierung bestehender und die Suche nach neuen, besseren Katalysatoren. \u201eWir verf\u00fcgen nun \u00fcber die Mittel, um weitere Katalysatormaterialien zu erforschen, die sich besser f\u00fcr eine gr\u00fcne Transformation der chemischen Industrie eignen, die heute noch vollst\u00e4ndig auf fossilen Brennstoffen basiert und f\u00fcr 8 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich ist\u201c, sagt Anders Nilsson.<\/p>\n\n\n\n

Die Studie wurde von der Universit\u00e4t Stockholm in Zusammenarbeit mit der Universit\u00e4t Innsbruck und der Technischen Universit\u00e4t Wien, DESY und dem Fritz-Haber-Institut in Berlin durchgef\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n

Originalver\u00f6ffentlichung<\/h3>\n\n\n\n