{"id":119878,"date":"2022-12-15T07:33:00","date_gmt":"2022-12-15T06:33:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=119878"},"modified":"2022-12-08T11:34:25","modified_gmt":"2022-12-08T10:34:25","slug":"vom-klimagas-zum-industriellen-rohstoff","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/vom-klimagas-zum-industriellen-rohstoff\/","title":{"rendered":"Vom Klimagas zum industriellen Rohstoff"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Auf Laborebene wurde die Umsetzung von CO2<\/sub> bereits eingehend untersucht, Nanodiamanten dienten dabei als umweltfreundlicher Photokatalysator. Gemeinsam mit Partnern \u00fcberf\u00fchren Forschende des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM diese Reaktion nun in einen kontinuierlichen Prozess \u2013 und bringen das Verfahren damit einen gro\u00dfen Schritt weiter in Richtung Anwendung.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\"Sichtbares
Sichtbares Licht als Energiequelle f\u00fcr die photokatalysierte Umsetzung von CO2 an Diamantoberfl\u00e4chen. \u00a9 Fraunhofer IMM<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

CO2<\/sub> ist ein \u00bbKlimakiller\u00ab \u2013 Regierung und Unternehmen arbeiten daher daran, den Aussto\u00df m\u00f6glichst weitreichend einzuschr\u00e4nken. Dort, wo dennoch CO2<\/sub>entsteht, k\u00f6nnte es in Zukunft als Rohstoff dienen: Und zwar f\u00fcr industriell relevante C1-Bausteine wie Ameisens\u00e4ure oder Methanol, die nur ein Kohlenstoffatom beinhalten. Eine M\u00f6glichkeit dazu bieten Nanodiamanten: Mit ihnen als Katalysator l\u00e4sst sich das Klimagas zu Ameisens\u00e4ure umwandeln, wenn man die Nanodiamanten in w\u00e4ssriger Umgebung mit kurzwelligem UV C-Licht bestrahlt \u2013 wie es in den Laboren von Prof. Dr. Anke Kr\u00fcger an der Uni W\u00fcrzburg, die mittlerweile an der Uni Stuttgart lehrt, durchgef\u00fchrt wird. Auch wenn Diamant als Katalysator teuer klingt: Es handelt sich hier nicht um den kostenintensiven Schmuckdiamant, sondern um Detonationsdiamant, der auf industrieller Skala hergestellt wird. Der Katalysator ist also relativ preisg\u00fcnstig. Zudem besteht er \u00fcberwiegend aus Kohlenstoff und ist somit ein umweltfreundlicher \u00bbgr\u00fcner\u00ab Katalysator.<\/p>\n\n\n\n

Forschende des Fraunhofer IMM heben diese Reaktionen im Projekt CarbonCat nun einen Schritt weiter in Richtung Anwendung \u2013 gemeinsam mit Prof. Kr\u00fcger und der Sahlmann Photochemical Solutions GmbH.<\/p>\n\n\n\n

\u00bbBisher fanden die Versuche in einem Batch-Reaktor statt, also in einem R\u00fchrkolben. Das bringt einige Nachteile mit sich\u00ab, sagt Dr. Thomas Rehm, Wissenschaftler am Fraunhofer IMM. \u00bbSo ist die Kontaktierung zwischen Gas- und Fl\u00fcssigphase und Katalysator nicht optimal, auch muss der Katalysator \u2013 also die umherschwimmenden Nanoteilchen \u2013 nach der Reaktion wieder von der L\u00f6sung abgetrennt werden.\u00ab<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Gro\u00dffl\u00e4chiger Diamant-Katalysator<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Das Forscherteam hat den Katalysator daher zum einen auf gro\u00dfe Fl\u00e4chen gebracht, genauer gesagt auf Reaktionsplatten von etwa f\u00fcnf mal neun Zentimetern. <\/p>\n\n\n\n

\u00bbW\u00e4hrend beim bisherigen Batch-Prozess alle Komponenten in einen Kolben gegeben werden und abgewartet wird, bis die Reaktion zu Ende gelaufen ist, setzen wir auf einen kontinuierlichen Betrieb\u00ab, erl\u00e4utert Rehm. <\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

Dazu haben die Forschenden einen Mikroreaktor entwickelt. Auf seiner aufrechtstehenden Reaktionsplatte sind Mikrokan\u00e4le eingebracht, die mit dem Diamantkatalysator beschichtet sind. Oben an der Platte befindet sich ein Schlitz, in den fortlaufend Wasser eingepumpt wird. Die Fl\u00fcssigkeit f\u00e4llt in der Platte nach unten. Aufgrund der Kapillarkr\u00e4fte bildet sich ein Fl\u00fcssigkeitsfilm von zehn bis 50 Mikrometer Dicke, der die Mikrokan\u00e4le auskleidet. Das CO2<\/sub> wird im Gegenstrom von unten \u00fcber die Reaktionsplatte geleitet. <\/p>\n\n\n\n

\u00bbAuf diese Weise k\u00f6nnen wir wesentlich gr\u00f6\u00dfere Mengen an Kohlenstoffdioxid direkt auf den Katalysatorfilm bringen, und zwar in einem kleineren Volumen an L\u00f6sung. Man hat also eine bessere Gas-Fl\u00fcssig-Fest-Kontaktierung \u2013 was sich in einem h\u00f6heren CO2<\/sub>-Umsatz und somit in einer gr\u00f6\u00dferen Menge an produzierter Ameisens\u00e4ure niederschlagen kann\u00ab, fasst Rehm zusammen.<\/p><\/blockquote>\n\n\n\n

\"Eine
Eine diamantbeschichtete Reaktionsplatte mit Mikrokan\u00e4len als Schl\u00fcsselelement f\u00fcr den kontinuierliche betriebenen Durchflussreaktor zur Umsetzung von CO2 in C1-Bausteine. \u00a9 Fraunhofer IMM<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Sichtbares Licht statt UV-Licht<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Zudem verwenden die Forschenden kein energieintensives UV C-Licht mehr wie beim nanoskaligen Katalysator, sondern g\u00fcnstiger verf\u00fcgbares sichtbares Licht, das sich zudem auch einfacher handhaben l\u00e4sst. Daf\u00fcr ist eine Modifikation der Diamantoberfl\u00e4che n\u00f6tig: Sie muss sichtbares Licht einfangen, aber dennoch die gleiche Reaktion ansto\u00dfen wie der nanoskalige Diamant. Dazu binden die Forschenden Metallkomplexe \u2013 organische Verbindungen mit einem Metallzentrum, die die Eigenschaften haben, sichtbares Licht einzufangen \u2013 chemisch an die Diamantoberfl\u00e4che. Diese bedecken allerdings nicht die gesamte Oberfl\u00e4che, Fl\u00fcssigkeit und Kohlenstoffdioxid kommen also nach wie vor mit der Diamantschicht in Kontakt. Strahlt nun sichtbares Licht auf die so modifizierte Beschichtung, werden einige Elektronen aus dem Kristallgitter des Diamanten an die Oberfl\u00e4che der Diamantschicht herausgehoben. Dort gehen sie auf das CO2<\/sub> \u00fcber, zusammen mit dem Wasser kann Ameisens\u00e4ure entstehen. \u00bbWir haben also eine lichtgetriebene Elektronen-Pumpe\u00ab, best\u00e4tigt Rehm. Um Elektronen nachzuliefern, legt das Team eine geringe elektrische Spannung an der Diamantoberfl\u00e4che an.<\/p>\n\n\n\n

Einige Meilensteine \u2013 Stichwort gro\u00dffl\u00e4chiger Katalysator und sichtbares Licht \u2013 hat das Forscherteam bereits gemeistert. Weiterer Forschungsbedarf besteht noch in der geringen Kontaktzeit: CO2<\/sub>, Wasser und Diamantschicht bleiben gerade einmal zehn bis 15 Sekunden f\u00fcr die Reaktion. Zu wenig, um im erforderlichen Anwendungsma\u00dfstab Ameisens\u00e4ure zu erzeugen. Die Forschenden planen daf\u00fcr zwei Ans\u00e4tze: effizientere Metallkomplexe, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erh\u00f6hen, und die Anpassung des Reaktors f\u00fcr l\u00e4ngere Kontaktzeiten.<\/p>\n\n\n\n

Kombination von Photochemie und Biokatalyse<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

In einem weiteren Projekt treibt ein Team aus insgesamt vier Fraunhofer-Instituten die Nutzung von Licht in der Chemie noch weiter: Es kombiniert die photochemische Katalyse mit der Biokatalyse \u2013 also mit Reaktionen, in denen biologische Enzyme als Katalysator dienen. Auf diese Weise verbinden sie zwei sehr schonende Verfahren miteinander. Das Ziel: Die Herstellung von Feinchemikalien in hoher Enantiomeren-Reinheit, die beispielsweise f\u00fcr Pharmazeutika oder Agrochemikalien ben\u00f6tigt werden. Das Forscherteam nutzt hierbei die kaskadenartige Reaktionsf\u00fchrung aus, die durch die Kopplung beider Katalysemethoden m\u00f6glich wird. Das Konsortium verspricht sich davon eine hohe Synergie f\u00fcr zuk\u00fcnftige Syntheseprozesse komplexer Molek\u00fcle.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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