{"id":132572,"date":"2023-09-29T07:07:00","date_gmt":"2023-09-29T05:07:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=132572"},"modified":"2023-09-28T10:55:55","modified_gmt":"2023-09-28T08:55:55","slug":"olefine-aus-co2-und-h2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/olefine-aus-co2-und-h2\/","title":{"rendered":"Olefine aus CO2\u00a0und H2"},"content":{"rendered":"\n\n\n

W\u00e4re das nicht eine elegante L\u00f6sung: Jenen Stoff, der am \u00e4rgsten dem Klima zusetzt und die Zukunft bedroht, als Rohstoff f\u00fcr Wirtschaftsg\u00fcter und Dinge des Alltags zu verwenden? Tats\u00e4chlich entstehen im Labor aus Kohlendioxid (CO2<\/sub>), einem unvermeidlichen Nebenprodukt der Zivilisation, bereits niedere Olefine, Alkohole und Treibstoffe und zwar im Verein mit Wasserstoff und anderen chemischen Reaktionspartnern, die s\u00e4mtlich auf nachhaltigem Wege gewonnen werden k\u00f6nnen. Damit solche Prozesse industrielle Praxis werden, m\u00fcssen sie unter \u201efluktuierenden\u201c Bedingungen laufen k\u00f6nnen. Ein DFG-Schwerpunktprogramm erkundet daf\u00fcr die Grundlagen, das LIKAT ist daran beteiligt.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u201eFluktuierend\u201c meint, dass diese Verfahren auch bei schwankender Zufuhr an Energie und Ausgangsstoffen funktionieren m\u00fcssen. Das ist neu f\u00fcr die Chemie, doch nicht zu umgehen, wenn die Energie, etwa f\u00fcr die Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse, k\u00fcnf tig aus regenerativen Quellen wie Sonne und Wind kommen soll. Diese stehen nicht kontinuierlich und in windstillen N\u00e4chten \u00fcberhaupt nicht zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n\n\n\n

Prof. Dr. Angelika Br\u00fcckner und Prof. Dr. Evgenii Kondratenko am Rostocker Leibniz-Institut f\u00fcr Katalyse erl\u00e4utern. Ihre Forschungsgruppe ist am DFG-<\/p>\n\n\n\n

Programm mit Arbeiten zur Entwicklung von Katalysatoren f\u00fcr die CO2<\/sub>-Hydrierung zu h\u00f6heren Kohlenwasserstoffen unter fluktuierenden Bedingungen beteiligt.<\/p>\n\n\n\n

Vom Klimagas zum Rohstoff<\/h3>\n\n\n\n

Im gro\u00dfen Ganzen geht es darum, Erd\u00f6l als Rohstoffbasis zu ersetzen und zugleich ein problematisches Abgas, das Kohlendioxid, zum Rohstoff zu adeln. Doch CO2<\/sub> ist ein reaktionstr\u00e4ges Gas und reagiert kaum von allein. Um wirtschaftlich nutzbare Verbindungen, vor allem Grundstoffe f\u00fcr die chemische Synthese wertvoller Produkte, zu gewinnen, m\u00fcssen die extrem stabilen Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen im CO2<\/sub> aktiviert werden. Dies geschieht katalytisch durch Hydrierung, d.h. es wird Wasserstoff zugesetzt, wodurch eine Vielfalt unterschiedlicher Kohlenwasserstoffverbindungen entstehen kann. Die sind um so h\u00f6herwertiger, je mehr Kohlenstoffatome sie im Molek\u00fcl enthalten.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr das Verfahren modifizierten die am DFG-Programm beteiligten Chemiker die sog. Fischer- Tropsch-Synthese, die vor knapp hundert Jahren f\u00fcr die Hydrierung von Kohlenmonoxid (CO) entwickelt wurde. Dazu ersetzten sie das hochtoxische CO durch CO2<\/sub>.<\/p>\n\n\n\n

Eisenkatalysator ver\u00e4ndert sich<\/h3>\n\n\n\n

Welche Produkte nun bei der CO2<\/sub>-Hydrierung entstehen, dar\u00fcber entscheiden ganz wesentlich Struktur und Beschaffenheit des Katalysators. Bei Angelika Br\u00fcckner und Evgenii Kondratenko ist es ein Eisenkatalysator. Doch Eisen ist nicht gleich Eisen, sagen sie. Sie entdeckten, dass der Katalysator sich in der Reaktion unter fluktuierenden Bedingungen ver\u00e4ndert: Er bilde zwischenzeitlich immer wieder neue \u201ePhasen und Spezies\u201c.<\/p>\n\n\n\n

Um g\u00fcnstige und hinderliche Phasen pr\u00e4zise auseinanderzuhalten, beobachten die Forscher den Katalysator sozusagen bei seiner Arbeit. Das geschieht mit hochspezifischen operando<\/em>– spektroskopischen Analysemethoden auf der Basis von Infrarot-, UV- und Laserlicht. Die Katalysatorproben entwickeln sie teils selbst, teils erhalten sie diese vom Forschungspartner an der Humboldt-Universit\u00e4t Berlin.<\/p>\n\n\n\n

Katalytisch werde Eisen oft in Form von Oxiden verwendet, erl\u00e4utert Prof. Kondratenko. \u201eDoch damit erhalten wir vorzugsweise Methan.\u201c Mit der Summenformel CH4<\/sub> ist Methan Hauptbestandteil im Erdgas und der einfachste Kohlenwasserstoff. \u201eWir sind jedoch auf h\u00f6herwertige Kohlenwasserstoffe aus, aktuell z.B. auf Olefine.\u201c Das sind unverzichtbare Grundchemikalien, die sich chemisch gut weiter veredeln lassen.<\/p>\n\n\n\n

Aktive katalytische Phase: Eisenkarbid<\/h3>\n\n\n\n

Die Rostocker entdeckten, dass f\u00fcr die CO2<\/sub>-Hydrierung vor allem eine Phase entscheidend ist, in der an der Katalysator-Oberfl\u00e4che Eisenkarbid entsteht. Und sie lernten, wie sie diese Karbid-Phase stabilisieren und die st\u00f6renden Phasen vermeiden k\u00f6nnen. Zum Beispiel in dem sie als Katalysatormaterial nicht das \u00fcbliche Eisenoxid verwenden, sondern Eisenoxalat, ein Eisensalz der Oxals\u00e4ure (FeC2<\/sub>O4<\/sub>). Dazu ver\u00f6ffentlichte das Team j\u00fcngst zwei Artikel in den Magazinen CATALYSIS SCIENCE & TECHNOLOGY und JOURNAL OF CATALYSIS.<\/p>\n\n\n\n

Eine dritte Ver\u00f6ffentlichung der Gruppe, und zwar in ACS CATALYSIS, berichtet \u00fcber das Problem der nachlassenden Aktivit\u00e4t des Eisen-Katalysators. Als Ursache entdeckten die Rostocker Chemiker Zwischenprodukte, die sich unter bestimmten Umst\u00e4nden zu Koks umwandeln. Der lagert sich als z\u00e4he Schicht auf der Katalysator-Oberfl\u00e4che ab und verdeckt die aktive Spezies.<\/p>\n\n\n\n

Vision: CO2-Kreislaufwirtschaft<\/h3>\n\n\n\n

Das DFG-Schwerpunktprogramm 2080 \u201eKatalysatoren und Reaktoren unter dynamischen Betriebsbedingungen f\u00fcr die Energiespeicherung und -wandlung\u201c, in dem operando<\/em>– Charakterisierungsmethoden entwickelt und angewendet, theoretische Berechnungen sowie kinetische Modellierung durchgef\u00fchrt werden, l\u00e4uft inzwischen in seiner zweiten F\u00f6rderungsphase und wird bis 2025 allein f\u00fcr die Arbeiten am LIKAT mit 428.700 Euro gef\u00f6rdert. Projektkoordinator ist Professor Dr. Jan-Dierk Grunwaldt am Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr k\u00fcnftige Anlagen w\u00e4re die Vision, das Kohlendioxid gleich an Ort und Stelle, wo es massenhaft anf\u00e4llt, umzuwandeln und als Rohstoff zu nutzen, sagen Prof. Dr. Br\u00fcckner und Prof. Dr. Kondratenko. Entsprechend den Prinzipien der gr\u00fcnen Chemie und der Kreislaufwirtschaft b\u00f6te sich ein solches Verfahren vor allem im Umfeld der derzeit gr\u00f6\u00dften CO2<\/sub>-Verursacher an, etwa der Zementindustrie, der Eisen- und Stahlproduktion und auch der Chemieindustrie selbst, wo das CO2<\/sub> mit \u201egr\u00fcnem\u201c Wasserstoff gleich zu wertvollen Kohlenwasserstoffen weiter verarbeitet werden kann.<\/p>\n\n\n\n

Originalpublikationen<\/h3>\n\n\n\n

\u201cThe role of Na for efficient CO2<\/sub> hydrogenation to higher hydrocarbons over Fe-based catalysts under externally forced dynamic conditions\u201d<\/p>\n\n\n\n

Q. Yang, H. Lund, S. Bartling, F. Krumeich, A. S. Skrypnik, E. V. Kondratenko, J. Catal<\/em>. 2023, 426<\/em>, 126-139. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.jcat.2023.07.012<\/p>\n\n\n\n

\u201cSpatial analysis of CO2<\/sub> hydrogenation to higher hydrocarbons over alkali-metal promoted iron(II)oxalate-derived catalysts\u201d<\/p>\n\n\n\n

A. S. Skrypnik, H. Lund, Q. Yang, E. V. Kondratenko, Catal. Sci. Technol<\/em>. 2023, 13<\/em>, 4353-4359.http:\/\/dx.doi.org\/10.1039\/D3CY00143A<\/p>\n\n\n\n

Ansprechpartner<\/h3>\n\n\n\n

Prof. Dr. Evgenii Kondratenko
(Bereichsleitung \u201eMethoden f\u00fcr die angewandte Katalyse\u201c)
E-Mail: Evgenii.Kondratenko@catalysis.de
Tel.: 0381 1281 290<\/p>\n\n\n\n

Prof. Dr. Angelika Br\u00fcckner
(ehem. Bereichsleitung \u201eKatalytische in<\/em> situ<\/em>-Studien\u201c) 
E-Mail:Angelika.Brueckner@catalysis.de
Tel.: 0381 1281 244<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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