Günstiger Katalysator für das Kohlendioxid-Recycling

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Kai junge Puring, Dr. Stefan Piontek und Mathias Smialkowski (v. l.) aus dem Team von Ulf-Peter Apfel mit der Elektrolysezelle, in der die Experimente durchgeführt wurden (Foto: © RUB/Marquard)

Das Mineral Pentlandit eignet sich als Katalysator für das Recycling von Kohlendioxid und könnte somit eine Alternative zu teuren Edelmetall-Katalysatoren sein.

Das fanden Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB), des Fritz-Haber-Instituts Berlin und vom Fraunhofer Umsicht in Oberhausen heraus. Bislang war Pentlandit als Katalysator für die Wasserstoffproduktion bekannt. Durch die Wahl eines geeigneten Lösungsmittels konnten die Wissenschaftler es jedoch auch für die Umsetzung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid nutzen. Letzteres ist ein verbreiteter Ausgangsstoff für die chemische Industrie.

Die Ergebnisse beschreiben die Forschenden um Dr. Ulf-Peter Apfel, Ideenfabrik Energie Fraunhofer Umsicht und Bochumer Lehrstuhl für Anorganische Chemie, gemeinsam mit ihren Kollegen in der Zeitschrift „Chemical Science“ vom 5. November 2018: Link Artikel.

CO2-Umwandlung statt Wasserstoffproduktion

„Die Umwandlung von CO2 in wertvolle Ausgangsstoffe für die chemische Industrie stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, die Klimaerwärmung zu bekämpfen“, sagt Dr. Apfel. „Allerdings sind bislang kaum billige und leicht verfügbare Katalysatoren für die Reduktion von CO2 bekannt.“ Außerdem begünstigen die infrage kommenden Katalysatoren in der Regel vornehmlich eine andere chemische Reaktion, nämlich die Synthese von Wasserstoff – so auch Pentlandit. Den Forschern gelang es nun, das Mineral in einen Katalysator für die CO2-Umsetzung umzuwandeln.

Sie erzeugten Elektroden aus Pentlandit und analysierten, unter welchen Bedingungen es an deren Oberfläche zur Wasserstoffbildung oder Kohlenmonoxidproduktion kam. „Vor allem die Gegenwart von Wasser an der Elektrodenoberfläche war entscheidend“, resümiert Apfel. Viel Wasser verschob die Reaktion zugunsten der Wasserstoffbildung, wenig Wasser zugunsten der Kohlenmonoxidentwicklung. Indem die Forschenden den Wassergehalt genau einstellten, konnten sie auch Gemische aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff entstehen lassen. „Solche Synthesegasmischungen haben eine große Bedeutung in der chemischen Industrie“, verdeutlicht Apfel.

Stabiler Katalysator

Pentlandit besteht aus Eisen, Nickel und Schwefel und ähnelt einigen in der Natur vorkommenden katalytisch aktiven Zentren von Enzymen, etwa denen der Wasserstoff produzierenden Hydrogenasen. „Ein großer Pluspunkt dieses Minerals ist, dass es relativ stabil gegenüber anderen chemischen Verbindungen ist, die in industriellen Abgasströmen vorkommen und wie ein Gift für viele Katalysatoren wirken“, erklärt Dr. Apfel.

Quelle: Fraunhofer Umsicht