hat einen neuen Elektrokatalysator entdeckt<\/a>, der Kohlendioxid (CO2) und Wasser mit sehr hoher Energieeffizienz, hoher Selektivit\u00e4t f\u00fcr das gew\u00fcnschte Endprodukt und niedrigen Kosten in Ethanol umwandelt. Ethanol ist ein besonders begehrenswerter Rohstoff, da es ein Bestandteil fast aller US-Benzine ist und als Zwischenprodukt in der chemischen, pharmazeutischen und kosmetischen Industrie weit verbreitet ist.<\/p>\n“Der aus unserem Katalysator resultierende Prozess w\u00fcrde zur kreisf\u00f6rmigen Kohlenstoffwirtschaft beitragen, die die Wiederverwendung von Kohlendioxid mit sich bringt”, sagte Di-Jia Liu, leitende Chemikerin in der Abteilung f\u00fcr chemische Wissenschaften und Ingenieurwesen in Argonne und CASE-Wissenschaftlerin in UChicago an der Pritzker School of Molecular Engineering der Universit\u00e4t Chicago. Bei diesem Verfahren w\u00fcrde das CO2, das bei industriellen Prozessen, wie z.B. Kraftwerken f\u00fcr fossile Brennstoffe oder Alkoholfermentierungsanlagen, ausgesto\u00dfen wird, elektrochemisch zu vertretbaren Kosten in wertvolle Rohstoffe umgewandelt.<\/p>\n
Der Katalysator des Teams besteht aus atomar dispergiertem Kupfer auf einem Kohlenstoff-Pulvertr\u00e4ger. Durch eine elektrochemische Reaktion zersetzt dieser Katalysator CO2- und Wassermolek\u00fcle und setzt die zersetzten Molek\u00fcle unter einem externen elektrischen Feld selektiv wieder zu Ethanol zusammen. Die elektrokatalytische Selektivit\u00e4t oder “Faradaic-Effizienz” des Verfahrens liegt bei \u00fcber 90 Prozent und ist damit viel h\u00f6her als bei jedem anderen berichteten Verfahren. Dar\u00fcber hinaus arbeitet der Katalysator \u00fcber einen l\u00e4ngeren Betrieb bei niedriger Spannung stabil.<\/p>\n
“Mit dieser Forschung haben wir einen neuen katalytischen Mechanismus f\u00fcr die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Ethanol entdeckt”, sagte Tao Xu, Professor f\u00fcr Physikalische Chemie und Nanotechnologie an der Northern Illinois University. “Der Mechanismus sollte auch eine Grundlage f\u00fcr die Entwicklung hocheffizienter Elektrokatalysatoren f\u00fcr die Umwandlung von Kohlendioxid in eine breite Palette von wertsch\u00f6pfenden Chemikalien bieten.<\/p>\n
Da CO2 ein stabiles Molek\u00fcl ist, ist die Umwandlung in ein anderes Molek\u00fcl normalerweise energie- und kostenintensiv. Laut Liu k\u00f6nnten wir jedoch “den elektrochemischen Prozess der CO2-Ethanol-Umwandlung mit Hilfe unseres Katalysators an das Stromnetz koppeln und die Vorteile der kosteng\u00fcnstigen Elektrizit\u00e4t aus erneuerbaren Quellen wie Sonne und Wind in den Schwachlastzeiten nutzen”, so Liu. Da der Prozess bei niedriger Temperatur und unter niedrigem Druck abl\u00e4uft, kann er als Reaktion auf die intermittierende Zufuhr des erneuerbaren Stroms schnell starten und stoppen.<\/p>\n
Die Forschung des Teams profitierte von zwei DOE Office of Science User Facilities in Argonne – der Advanced Photon Source (APS) und dem Center for Nanoscale Materials (CNM) – sowie von Argonne’s Laboratory Computing Resource Center (LCRC). “Dank des hohen Photonenflusses der R\u00f6ntgenstrahlen am APS haben wir die strukturellen Ver\u00e4nderungen des Katalysators w\u00e4hrend der elektrochemischen Reaktion eingefangen”, sagte Tao Li, ein Assistenzprofessor in der Abteilung f\u00fcr Chemie und Biochemie an der Northern Illinois University und ein Assistenzwissenschaftler in der R\u00f6ntgenabteilung von Argonne. Diese Daten zusammen mit der hochaufl\u00f6senden Elektronenmikroskopie am CNM und der rechnergest\u00fctzten Modellierung mit dem LCRC ergaben eine reversible Umwandlung von atomar verteiltem Kupfer in Cluster aus jeweils drei Kupferatomen beim Anlegen einer niedrigen Spannung. Die CO2-Ethanol-Katalyse findet an diesen winzigen Kupferclustern statt. Diese Erkenntnis wirft Licht auf M\u00f6glichkeiten, den Katalysator durch rationelles Design weiter zu verbessern.<\/p>\n
“Wir haben mehrere neue Katalysatoren mit diesem Ansatz vorbereitet und festgestellt, dass sie alle sehr effizient bei der Umwandlung von CO2 in andere Kohlenwasserstoffe sind”, sagte Liu. “Wir planen, diese Forschung in Zusammenarbeit mit der Industrie fortzusetzen, um diese vielversprechende Technologie voranzubringen.<\/p>\n
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Haiping Xu et al. “Highly selective electrocatalytic CO2 reduction to ethanol by metallic clusters dynamically formed from atomically dispersed copper<\/a>“; Nature Energy; 2020<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen und bilden das R\u00fcckgrat vieler industrieller Prozesse. Beispielsweise sind sie bei der Umwandlung von Schwer\u00f6l in Benzin oder D\u00fcsentreibstoff unverzichtbar. Heute sind Katalysatoren an \u00fcber 80 Prozent aller hergestellten Produkte beteiligt. Ein Forschungsteam, das vom Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) in Zusammenarbeit mit der Northern Illinois University geleitet wird, hat […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572,5571],"tags":[10744,12384,12367,10743],"supplier":[3007,17351,5887],"class_list":["post-77752","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","category-co2-based","tag-carboncapture","tag-ethanol","tag-treibstoffe","tag-useco2","supplier-argonne-national-laboratory","supplier-northern-illinois-university","supplier-university-of-chicago"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/77752","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=77752"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/77752\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=77752"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=77752"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=77752"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=77752"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}