{"id":81407,"date":"2020-11-16T07:44:28","date_gmt":"2020-11-16T06:44:28","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=81407"},"modified":"2021-09-09T21:14:29","modified_gmt":"2021-09-09T19:14:29","slug":"raumtemperatur-umwandlung-von-co2-in-co-ein-neuer-weg-zur-synthese-von-kohlenwasserstoffen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/raumtemperatur-umwandlung-von-co2-in-co-ein-neuer-weg-zur-synthese-von-kohlenwasserstoffen\/","title":{"rendered":"Raumtemperatur-Umwandlung von CO2<\/sub> in CO: Ein neuer Weg zur Synthese von Kohlenwasserstoffen"},"content":{"rendered":"

Forscher des National Institute of Standards and Technology (NIST) und ihre Kollegen haben eine Raumtemperaturmethode demonstriert, die den Kohlendioxidgehalt in den Abgasen fossiler Kraftwerke, eine der Hauptquellen f\u00fcr Kohlenstoffemissionen in der Atmosph\u00e4re, erheblich reduzieren k\u00f6nnte.<\/p>\n

Obwohl die Forscher diese Methode in einer kleinen, hochgradig kontrollierten Umgebung mit Abmessungen von nur Nanometern (Milliardstel Metern) demonstrierten, haben sie bereits Konzepte f\u00fcr die Skalierung der Methode und ihre praktische Anwendung in der Praxis ausgearbeitet.<\/p>\n

Das von den Wissenschaftlern angewandte chemische Verfahren bietet nicht nur eine potenzielle neue M\u00f6glichkeit, die Auswirkungen des Klimawandels abzuschw\u00e4chen, sondern k\u00f6nnte auch die Kosten und den Energiebedarf f\u00fcr die Herstellung von fl\u00fcssigen Kohlenwasserstoffen und anderen von der Industrie verwendeten Chemikalien senken. Denn zu den Nebenprodukten des Verfahrens geh\u00f6ren die Bausteine f\u00fcr die Synthese von Methan, Ethanol und anderen Verbindungen auf Kohlenstoffbasis, die in der industriellen Verarbeitung verwendet werden.<\/p>\n

Das Team zapfte eine neuartige Energiequelle aus der Nanowelt an, um eine allt\u00e4gliche chemische Reaktion auszul\u00f6sen, die Kohlendioxid eliminiert. Bei dieser Reaktion heftet sich fester Kohlenstoff an eines der Sauerstoffatome im Kohlendioxidgas und reduziert es zu Kohlenmonoxid. Die Umwandlung erfordert normalerweise erhebliche Energiemengen in Form von gro\u00dfer Hitze – eine Temperatur von mindestens 700 Grad Celsius, hei\u00df genug, um Aluminium bei normalem atmosph\u00e4rischen Druck zu schmelzen.<\/p>\n

Anstelle von W\u00e4rme st\u00fctzte sich das Team auf die Energie, die von wandernden Elektronenwellen, so genannten lokalisierten Oberfl\u00e4chenplasmonen (Localized Surface Plasmons, LSPs), die auf einzelnen Aluminium-Nanopartikeln surfen, gewonnen wird. Das Team l\u00f6ste die LSP-Oszillationen aus, indem es die Nanopartikel mit einem Elektronenstrahl anregte, der einen einstellbaren Durchmesser hatte. Ein schmaler Strahl mit einem Durchmesser von etwa einem Nanometer bombardierte einzelne Aluminium-Nanopartikel, w\u00e4hrend ein etwa tausendmal breiterer Strahl LSPs aus einer grossen Menge von Nanopartikeln erzeugte.<\/p>\n

Im Experiment des Teams wurden die Aluminium-Nanopartikel auf einer Schicht Graphit, einer Form von Kohlenstoff, abgeschieden. Dies erm\u00f6glichte es den Nanopartikeln, die LSP-Energie auf den Graphit zu \u00fcbertragen. In Gegenwart von Kohlendioxidgas, das das Team in das System injizierte, diente der Graphit dazu, einzelne Sauerstoffatome aus dem Kohlendioxid herauszuziehen und es zu Kohlenmonoxid zu reduzieren. Die Aluminium-Nanopartikel wurden bei Raumtemperatur aufbewahrt. Auf diese Weise gelang dem Team eine gro\u00dfe Leistung: das Kohlendioxid ohne die Notwendigkeit einer hohen W\u00e4rmequelle loszuwerden.<\/p>\n

Bisherige Methoden zur Entfernung von Kohlendioxid hatten nur begrenzten Erfolg, weil die Techniken hohe Temperaturen oder Druck erforderten, teure Edelmetalle verwendeten oder einen schlechten Wirkungsgrad hatten. Im Gegensatz dazu spart die LSP-Methode nicht nur Energie, sondern verwendet auch Aluminium, ein billiges und reichlich vorhandenes Metall.<\/p>\n

Obwohl bei der LSP-Reaktion ein giftiges Gas – Kohlenmonoxid – erzeugt wird, verbindet sich das Gas leicht mit Wasserstoff, um essentielle Kohlenwasserstoffverbindungen wie Methan und Ethanol zu erzeugen, die h\u00e4ufig in der Industrie verwendet werden, sagte der NIST-Forscher Renu Sharma.<\/p>\n

Sie und ihre Kollegen, darunter Wissenschaftler von der University of Maryland in College Park und von DENSsolutions in Delft, Niederlande, berichteten in Nature Materials\u00fcber ihre Ergebnisse .<\/p>\n

“Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass diese Kohlendioxidreaktion, die sonst nur bei 700 Grad C oder h\u00f6her stattfindet, mit Hilfe von LSPs bei Raumtemperatur ausgel\u00f6st werden kann”, sagte die Forscherin Canhui Wang vom NIST und der University of Maryland.<\/p>\n

Die Forscher w\u00e4hlten einen Elektronenstrahl, um die LSPs anzuregen, weil der Strahl auch zur Abbildung von Strukturen im System verwendet werden kann, die nur wenige Milliardstel Meter klein sind. Auf diese Weise konnte das Team absch\u00e4tzen, wie viel Kohlendioxid entfernt worden war. Sie untersuchten das System mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM).<\/p>\n

Da sowohl die Konzentration des Kohlendioxids als auch das Reaktionsvolumen des Experiments so gering waren, musste das Team spezielle Ma\u00dfnahmen ergreifen, um die Menge des erzeugten Kohlenmonoxids direkt zu messen. Dazu koppelten sie einen speziell modifizierten Gaszellenhalter aus dem TEM an ein Gaschromatographen-Massenspektrometer, so dass das Team die Kohlendioxidkonzentration in Teilen pro Million messen konnte.<\/p>\n

Sharma und ihre Kollegen verwendeten die durch den Elektronenstrahl erzeugten Bilder auch, um die Menge an Graphit zu messen, die w\u00e4hrend des Experiments wegge\u00e4tzt wurde, ein Proxy daf\u00fcr, wie viel Kohlendioxid entfernt worden war. Sie stellten fest, dass das Verh\u00e4ltnis von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, das am Ausgang des Gaszellenhalters gemessen wurde, linear mit der durch das \u00c4tzen entfernten Kohlenstoffmenge anstieg.<\/p>\n

Die Bildgebung mit dem Elektronenstrahl best\u00e4tigte auch, dass der gr\u00f6\u00dfte Teil des Kohlenstoff\u00e4tzens – ein Proxy f\u00fcr die Kohlendioxid-Reduktion – in der N\u00e4he der Aluminium-Nanopartikel stattfand. Zus\u00e4tzliche Studien zeigten, dass bei Abwesenheit der Aluminium-Nanopartikel im Experiment nur etwa ein Siebtel so viel Kohlenstoff ge\u00e4tzt wurde.<\/p>\n

Begrenzt durch die Gr\u00f6sse des Elektronenstrahls war das experimentelle System des Teams klein, nur etwa 15 bis 20 Nanometer Durchmesser (die Gr\u00f6sse eines kleinen Virus).<\/p>\n

Um das System so zu vergr\u00f6\u00dfern, dass es Kohlendioxid aus den Abgasen eines kommerziellen Kraftwerks entfernen kann, k\u00f6nnte ein Lichtstrahl eine bessere Wahl als ein Elektronenstrahl sein, um die LSPs anzuregen, sagte Wang. Sharma schl\u00e4gt vor, dass eine transparente H\u00fclle, die lose gepackte Kohlenstoff- und Aluminium-Nanopartikel enth\u00e4lt, \u00fcber dem Schornstein eines Kraftwerks angebracht werden k\u00f6nnte. Eine Anordnung von Lichtstrahlen, die auf das Gitter treffen, w\u00fcrde die LSPs aktivieren. Wenn die Abgase durch die Vorrichtung geleitet werden, w\u00fcrden die lichtaktivierten LSPs in den Nanopartikeln die Energie liefern, um Kohlendioxid zu entfernen.<\/p>\n

Die Aluminium-Nanopartikel, die im Handel erh\u00e4ltlich sind, sollten gleichm\u00e4\u00dfig verteilt werden, um den Kontakt mit der Kohlenstoffquelle und dem einstr\u00f6menden Kohlendioxid zu maximieren, stellte das Team fest.<\/p>\n

Die neue Arbeit deutet auch darauf hin, dass LSPs eine M\u00f6glichkeit f\u00fcr eine Reihe anderer chemischer Reaktionen bieten, die jetzt eine gro\u00dfe Infusion von Energie ben\u00f6tigen, um bei gew\u00f6hnlichen Temperaturen und Dr\u00fccken unter Verwendung von plasmonischen Nanopartikeln ablaufen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

“Die Kohlendioxid-Reduktion ist eine gro\u00dfe Sache, aber es w\u00e4re eine noch gr\u00f6\u00dfere Sache, die enorme Energiemengen einspart, wenn wir damit beginnen k\u00f6nnten, viele chemische Reaktionen bei Raumtemperatur durchzuf\u00fchren, die jetzt eine Erw\u00e4rmung erfordern”, sagte Sharma.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Neue Methode k\u00f6nnte potenziell den Dioxidaussto\u00df in die Atmosph\u00e4re reduzieren und die Kosten der chemischen Produktion senken<\/p>\n","protected":false},"author":58,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5571],"tags":[10743],"supplier":[7403],"class_list":["post-81407","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-co2-based","tag-useco2","supplier-nist"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/81407","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\/58"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=81407"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/81407\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=81407"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=81407"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=81407"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=81407"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}