{"id":145250,"date":"2024-06-06T07:05:00","date_gmt":"2024-06-06T05:05:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=145250"},"modified":"2024-05-31T14:49:08","modified_gmt":"2024-05-31T12:49:08","slug":"recycling-von-kohlendioxid-zu-haushaltschemikalien","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/recycling-von-kohlendioxid-zu-haushaltschemikalien\/","title":{"rendered":"Recycling von Kohlendioxid zu Haushaltschemikalien"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Ein kosteng\u00fcnstiger Katalysator auf Zinnbasis kann Kohlendioxid selektiv in drei weit verbreitete Chemikalien – Ethanol, Essigs\u00e4ure und Ameisens\u00e4ure – umwandeln.<\/p>\n\n\n

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Forscher experimentieren mit Katalysatoren auf Zinnbasis, die CO2 effizient in Ethanol, Essigs\u00e4ure oder Ameisens\u00e4ure umwandeln. Auf dem Bild sind die Argonne-Forscher Haozhe Zhang und Jianxin Wang zu sehen. \u00a9 Image by Argonne National Laboratory<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

In den Emissionen vieler Industriebetriebe schlummert eine ungenutzte Ressource – Kohlendioxid (CO2<\/sub>). Es ist ein Treibhausgas, das zur globalen Erw\u00e4rmung beitr\u00e4gt und k\u00f6nnte stattdessen aufgefangen und in Chemikalien mit hohem Mehrwert umgewandelt werden.<\/p>\n\n\n\n

In einem Gemeinschaftsprojekt, an dem das Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE), die Northern Illinois University und die Valparaiso University beteiligt sind, berichten Wissenschaftler<\/a> \u00fcber eine Familie von Katalysatoren, die CO2<\/sub> effizient in Ethanol, Essigs\u00e4ure oder Ameisens\u00e4ure umwandeln. Diese fl\u00fcssigen Kohlenwasserstoffe geh\u00f6ren zu den am meisten produzierten Chemikalien in den USA und sind in vielen kommerziellen Produkten enthalten. So ist Ethanol beispielsweise ein wichtiger Bestandteil zahlreicher Haushaltsprodukte und ein Zusatzstoff f\u00fcr fast das gesamte US-Benzin.<\/p>\n\n\n\n

Die Katalysatoren basieren auf Zinnmetall, das auf einen Kohlenstofftr\u00e4ger aufgebracht wird. Wenn sie voll entwickelt sind, k\u00f6nnten unsere Katalysatoren das CO2<\/sub>, das an verschiedenen industriellen Quellen entsteht, in wertvolle Chemikalien umwandeln”, so Di-Jia Liu. Zu diesen Quellen geh\u00f6ren Kraftwerke f\u00fcr fossile Brennstoffe sowie Biofermentations- und Abfallbehandlungsanlagen”. Liu ist leitender Chemiker bei Argonne und leitender Wissenschaftler an der Pritzker School of Molecular Engineering an der University of Chicago.<\/p>\n\n\n\n

“Unsere Erkenntnis, dass sich der Reaktionsweg durch die Gr\u00f6\u00dfe des Katalysators \u00e4ndert, ist beispiellos.” – Di-Jia Liu, leitender Chemiker.<\/p>\n\n\n\n

Die von dem Team angewandte Methode wird als elektrokatalytische Umwandlung bezeichnet, was bedeutet, dass die CO2<\/sub>-Umwandlung \u00fcber einen Katalysator durch Strom angetrieben wird. Durch die Variation der Gr\u00f6\u00dfe des verwendeten Zinns – von einzelnen Atomen \u00fcber ultrakleine Cluster bis hin zu gr\u00f6\u00dferen Nanokristalliten – konnte das Team die Umwandlung von CO2<\/sub> in Essigs\u00e4ure, Ethanol bzw. Ameisens\u00e4ure steuern. Die Selektivit\u00e4t f\u00fcr jede dieser Chemikalien betrug 90% oder mehr. Unsere Erkenntnis, dass sich der Reaktionsweg durch die Katalysatorgr\u00f6\u00dfe \u00e4ndert, ist beispiellos”, so Liu.<\/p>\n\n\n\n

Die rechnerischen und experimentellen Untersuchungen ergaben mehrere Erkenntnisse \u00fcber die Reaktionsmechanismen, die zur Bildung der drei Kohlenwasserstoffe f\u00fchren. Eine wichtige Erkenntnis war, dass sich der Reaktionsweg vollst\u00e4ndig \u00e4ndert, wenn das bei der Umwandlung verwendete normale Wasser durch deuteriertes Wasser ersetzt wird (Deuterium ist ein Isotop des Wasserstoffs). Dieses Ph\u00e4nomen ist als kinetischer Isotopeneffekt bekannt. Er wurde bei der CO2<\/sub>-Umwandlung bisher noch nie beobachtet.<\/p>\n\n\n\n

Diese Forschung profitierte von zwei Einrichtungen des DOE Office of Science in Argonne – der Advanced Photon Source (APS) und dem Center for Nanoscale Materials (CNM). Mit den an der APS verf\u00fcgbaren harten R\u00f6ntgenstrahlen konnten wir die chemischen und elektronischen Strukturen der Katalysatoren auf Zinnbasis mit unterschiedlichen Zinnbeladungen erfassen”, so Chengjun Sun, ein Physiker der Argonne. Dar\u00fcber hinaus konnte mit der hohen r\u00e4umlichen Aufl\u00f6sung, die mit dem Transmissionselektronenmikroskop am CNM m\u00f6glich ist, die Anordnung der Zinnatome, von einzelnen Atomen bis hin zu kleinen Clustern, bei den verschiedenen Katalysatorbeladungen direkt abgebildet werden.<\/p>\n\n\n\n

Unser ultimatives Ziel ist es, lokal erzeugten Strom aus Wind und Sonne zu nutzen, um die gew\u00fcnschten Chemikalien f\u00fcr den lokalen Verbrauch zu produzieren”, so Liu.<\/p>\n\n\n\n

Dazu m\u00fcssten die neu entdeckten Katalysatoren in einen Niedertemperatur-Elektrolyseur integriert werden, der dieCO2<\/sub>-Umwandlung mit Strom aus erneuerbaren Energien durchf\u00fchrt. Niedertemperatur-Elektrolyseure k\u00f6nnen bei nahezu Umgebungstemperatur und -druck arbeiten. Dies erm\u00f6glicht ein schnelles Starten und Stoppen, um das intermittierende Angebot an erneuerbarer Energie zu ber\u00fccksichtigen. Dies ist eine ideale Technologie f\u00fcr diesen Zweck.<\/p>\n\n\n\n

“Wenn wir selektiv nur die ben\u00f6tigten Chemikalien in der N\u00e4he des Standorts herstellen k\u00f6nnen, k\u00f6nnen wir dazu beitragen, die Kosten f\u00fcr den Transport und die Lagerung von CO2<\/sub> zu senken”, so Liu. Das w\u00e4re wirklich eine Win-Win-Situation f\u00fcr die lokalen Anwender unserer Technologie.”<\/p>\n\n\n\n

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

Haiping Xu, Jianxin Wang, Haiying He, Inhui Hwang, Yuzi Liu, Chengjun Sun, Haozhe Zhang, Tao Li, John V. Muntean, Tao Xu, Di-Jia Liu; “Modulating CO2<\/sub>Electrocatalytic Conversion to the Organics Pathway by the Catalytic Site Dimension<\/a>“; Journal of the American Chemical Society<\/em>, Volume 146, 2024-4-4<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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