{"id":174415,"date":"2026-03-13T07:35:00","date_gmt":"2026-03-13T06:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=174415"},"modified":"2026-03-10T15:21:55","modified_gmt":"2026-03-10T14:21:55","slug":"mit-einzelnen-atomen-zu-einer-chemie-ohne-fossile-rohstoffe","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/mit-einzelnen-atomen-zu-einer-chemie-ohne-fossile-rohstoffe\/","title":{"rendered":"Mit einzelnen Atomen zu einer Chemie ohne fossile Rohstoffe\u00a0"},"content":{"rendered":"\n\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"512\" src=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-1024x512.jpg\" alt=\"Jedes der vereinzelten Indium-Atom (goldfarben) kann die Synthese von Methanol (rechts oben) katalysieren. \" class=\"wp-image-174455\" style=\"width:730px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-1024x512.jpg 1024w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-300x150.jpg 300w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-150x75.jpg 150w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-768x384.jpg 768w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-1536x767.jpg 1536w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-2048x1023.jpg 2048w, https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/media\/2026\/03\/image.imageformat.carousel.505514996-400x200.jpg 400w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><figcaption class=\"wp-element-caption\">Jedes\u00a0der vereinzelten\u00a0Indium-Atom (goldfarben) kann die Synthese von Methanol (rechts oben) katalysieren.\u00a0\u00a9 Constance Ko \/ ETH Z\u00fcrich<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>Die Wissenschaft sucht nach M\u00f6glichkeiten, mit Katalysatoren chemische Reaktionen effizienter zu machen. Rare Metalle m\u00f6chte sie dabei m\u00f6glichst sparsam einsetzen.\u00a0<\/strong><\/li>\n\n\n\n<li><strong>Mit einzelnen isolierten Indium-Atomen auf einem Tr\u00e4germaterial schufen ETH-Chemiker:innen einen Katalysator, der CO<sub>2<\/sub>\u00a0und Wasserstoff hocheffizient in Methanol umwandelt.\u00a0<\/strong><\/li>\n\n\n\n<li><strong>Aus Methanol lassen sich viele chemische Proudukte herstellen, darunter Kunststoffe und Treibstoffe. Die Methode legt die Basis f\u00fcr eine fossilfreie chemische Industrie.<\/strong><\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong>Vor jeder chemischen Reaktion steht eine H\u00fcrde: Damit Stoffe miteinander reagieren k\u00f6nnen, muss zun\u00e4chst Energie zugef\u00fchrt werden. Oft ist diese Energieh\u00fcrde klein, wie etwa beim Anz\u00fcnden eines Streichholzes. Bei vielen f\u00fcr die Industrie wichtigen Reaktionen ist sie allerdings gross, und ein gesteigerter Energiebedarf treibt die Herstellungskosten in die H\u00f6he. Um diese H\u00fcrde zu verringern, setzen Chemiker:innen Katalysatoren ein. Die besten dieser Reaktionshelfer enthalten Metalle, darunter solche, die rar sind.\u00a0<\/strong><\/p>\n\n\n\n<p>Chemiker:innen der ETH Z\u00fcrich haben jetzt in der Katalysatorforschung einen Durchbruch auf mehreren Ebenen erreicht:&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Sie entwickelten einen Katalysator, der die Energieh\u00fcrde bei der Herstellung von Methanol \u2013 einem Alkohol \u2013 aus dem Treibhausgas CO<sub>2<\/sub>\u00a0und aus Wasserstoff deutlich senkt.\u00a0<\/li>\n\n\n\n<li>Die Forschenden verwenden in ihrem Katalysator das Metall Indium, und das \u00e4usserst effizient: Jedes einzelne Indium-Atom wirkt als reaktionsaktive Stelle.\u00a0<\/li>\n\n\n\n<li>Fr\u00fcher folgte die Katalysatorforschung oft dem Ansatz \u00abauf gut Gl\u00fcck\u00bb. Der neu entdeckte Katalysator erm\u00f6glicht eine pr\u00e4zisere Untersuchung der Mechanismen, die auf ihm ablaufen. Das macht den Weg frei zu einem rationalen Katalysator-Design.\u00a0<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Schweizer Taschenmesser der gr\u00fcnen Chemie&nbsp;<\/h3>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abMethanol ist ein universeller Ausgangsstoff f\u00fcr die Herstellung verschiedenster Chemikalien und Materialien, etwa Kunststoffen \u2013 sozusagen das Schweizer Taschenmesser der Chemie\u00bb, sagt J<strong>avier P\u00e9rez-Ram\u00edrez, Professor f\u00fcr Katalysatoren-Engineering an der ETH Z\u00fcrich. <\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Die Fl\u00fcssigkeit ist deshalb zentral f\u00fcr die Umstellung auf eine nachhaltige und fossilfreie Herstellung von chemischen Produkten und Treibstoffen.\u00a0<\/p>\n\n\n\n<p>Wird die Energie f\u00fcr die Produktion des Wasserstoffs und die Katalyse nachhaltig erzeugt, kann Methanol damit unter dem Strich sogar klimaneutral hergestellt werden. Das er\u00f6ffnet einen Weg, CO<sub>2<\/sub>&nbsp;aus der Atmosph\u00e4re als Rohstoff zu verwenden, statt es wie heute freizusetzen.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Maximale Nutzung der Metalle&nbsp;<\/h3>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abUnser neuer Katalysator hat sogenannte Einzelatom-Architektur, bei der sich isolierte aktive Metallatome auf der Oberfl\u00e4che eines gezielt entwickelten Tr\u00e4germaterials verankert sind\u00bb, erkl\u00e4rt <strong>P\u00e9rez-Ram\u00edrez<\/strong>. <\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Im Gegensatz dazu liegen Metalle in konventionellen Katalysatoren meist als Aggregate vor, meist als kleine Partikel. Diese sind zwar winzig, enthalten aber oft Hundert bis mehrere Tausend Metallatome.\u00a0\u00a0<\/p>\n\n\n\n<p>Wenn die Atome isoliert wirken k\u00f6nnen, ver\u00e4ndern sich zudem h\u00e4ufig ihre katalytischen Eigenschaften. <\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p>\u00abIndium wird in diesem Katalysator bereits seit mehr als einem Jahrzehnt eingesetzt\u00bb, sagt <strong>P\u00e9rez-Ram\u00edrez<\/strong>. \u00abIn unserer Studie zeigen wir, dass isolierte Indium-Atome auf Hafniumoxid die CO<sub>2<\/sub>-basierte Methanol-Synthese deutlich effizienter erm\u00f6glichen als Indium in Form von Nanopartikeln aus vielen Atomen.\u00bb\u00a0\u00a0<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<p>Kein Wunder sind Einzelatom-Katalysatoren aktuell ein Top-Thema in der Katalysatorforschung. Sie sind das Nonplusultra in Sachen Nutzungseffizienz von teuren und seltenen chemischen Elementen. Werden Metalle als einzelne Atome eingesetzt, kann selbst der Einsatz von teuren Edelmetallen wirtschaftlich rentabel werden.\u00a0<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Einzelne Atome am richtigen Platz&nbsp;<\/h3>\n\n\n\n<p>Um einzelne Indium-Atome gezielt auf der Hafniumoxid-Oberfl\u00e4che zu verankern, entwickelte das interdisziplin\u00e4re ETH-Team zusammen mit Kollegen anderer Forschungseinrichtungen verschiedene Synthesewege. Entscheidend war dabei die spezifische Struktur des Tr\u00e4germaterials, die den Atomen eine stabile und zugleich reaktive Umgebung bietet.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>In einem gestesten Herstellungsverfahren werden die Ausgangsstoffe in einer Flamme bei 2000 bis 3000 Grad Celsius verbrannt und anschliessend rasch abgek\u00fchlt. Unter diesen Bedingungen bleibt das Indium bevorzugt an der Oberfl\u00e4che und wird dort stabil eingebunden.&nbsp;&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Mit dem Einbau der Katalysatoratome in einen hitzebest\u00e4ndigen Hafniumoxid-Tr\u00e4ger zeigen die ETH-Chemiker:innen, dass Einzelatom-Katalysatoren selbst unter extremen Bedingungen stabil bleiben k\u00f6nnen. Damit r\u00fccken auch Reaktionen in Reichweite, die hohe Temperaturen und Dr\u00fccke erfordern. F\u00fcr die Synthese von Methanol aus CO<sub>2<\/sub>&nbsp;und Wasserstoffgas sind beispielsweise Temperaturen von bis zu 300 Grad n\u00f6tig und ein Druck von bis dem 50-fachen des normalen Luftdrucks.&nbsp; &nbsp;<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Katalysator-Metall und Matrix im Zusammenspiel&nbsp;<\/h3>\n\n\n\n<p>Kommt dazu, dass die bisherigen Nanopartikel f\u00fcr analytische Untersuchungen eine Black-Box waren. W\u00e4hrend die Katalyse-Vorg\u00e4nge nur an den wenigen Atomen auf der Oberfl\u00e4che abliefen, stammten viele Messsignale aus dem Inneren der Partikel \u2013 von Atomen, die an der Reaktion gar nicht beteiligt waren. Das erschwerte die Interpretation. In Katalysatoren mit isolierten Atomen hingegen lassen sich hingegen die Reaktionsmechanismen mit viel weniger st\u00f6renden Signalen analysieren.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>P\u00e9rez-Ram\u00edrez forscht seit 2010 nicht nur an der ETH an besseren Katalysatoren f\u00fcr die Methanol-Herstellung aus CO<sub>2<\/sub>. Er arbeitet auch eng mit der Industrie zusammen und h\u00e4lt mehrere Patente auf dem Gebiet.<\/p>\n\n\n\n<blockquote class=\"wp-block-quote is-layout-flow wp-block-quote-is-layout-flow\">\n<p> Entscheidend f\u00fcr die Entwicklung der neuen Einzelatom-Katalysator-Methode war das grosse Netzwerk, das in der Schweiz in Sachen Katalysatorforschung in den letzten Jahren entstanden ist, so <strong>P\u00e9rez-Ram\u00edrez:<\/strong> \u00abDie Entwicklung des Methanol-Katalysators und die detaillierte Analyse des Mechanismus w\u00e4re ohne dieses interdisziplin\u00e4re Knowhow nicht m\u00f6glich gewesen.\u00bb\u00a0\u00a0<\/p>\n<\/blockquote>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Kompetenzzentrum f\u00fcr nachhaltige Chemieprozesse&nbsp;<\/h3>\n\n\n\n<p>Javier P\u00e9rez-Ram\u00edrez ist Leiter des&nbsp;<a href=\"https:\/\/www.nccr-catalysis.ch\/\">externe Seite&nbsp;Nationalen Forschungsschwerpunkts (NFS) \u00abCatalysis\u00bb<\/a>, in dem 45 Schweizer Forschungsgruppen an nachhaltigeren chemischen Prozessen arbeiten. Der Einzelatom-Katalysator zur Herstellung von Methanol ist ein weiterer grosser Schritt in dieser Richtung.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<div style=\"height:18px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Literaturhinweis&nbsp;<\/h3>\n\n\n\n<p>Chiang YT, Ritopecki M, Willi PO, Raue K, Morales-Vidal J, Zou T, Agrachev M, Eliasson H, Wang J, Erni R, Stark WJ, Jeschke G, Grass RN, L\u00f3pez N, Mitchell S, P\u00e9rez-Ram\u00edrez J: Single atoms of indium on hafnia enable superior CO<sub>2<\/sub>-based methanol synthesis. <em>Nature Nanotechnology 2. M\u00e4rz 2026<\/em>, DOI:\u00a0<a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41565-026-02135-y\">externe Seite\u00a010.1038\/s41565-026-02135-y<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Vor jeder chemischen Reaktion steht eine H\u00fcrde: Damit Stoffe miteinander reagieren k\u00f6nnen, muss zun\u00e4chst Energie zugef\u00fchrt werden. 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