Kohlendioxid (CO2) ist ein bekannter Klimasünder, der die globale Erwärmung vorantreibt. Doch könnte eine innovative Lösung aus der Speisekammer – Zucker – helfen, dieses Treibhausgas in nützliche Produkte umzuwandeln? Ein Forscherteam der Northwestern University hat einen neuen Katalysator entwickelt, der genau das verspricht: die Umwandlung von CO2 in Kohlenmonoxid (CO), einen Grundbaustein für die Produktion wertvoller Chemikalien.
Die Magie des Molybdänkarbids
Das Geheimnis dieses Durchbruchs liegt im Molybdänkarbid, einem harten keramischen Material, das überraschend preisgünstig ist, da es aus dem nicht-edlen und reichlich vorhandenen Metall Molybdän und gewöhnlichem Haushaltszucker hergestellt wird. Warum Zucker? Zucker ist eine kostengünstige und überall verfügbare Kohlenstoffquelle. Dieser einfache Küchenzutat ermöglicht es den Forschern, Molybdän in Molybdänkarbid umzuwandeln, ohne die Bank zu sprengen.
Ein Durchbruch in der selektiven Katalyse
In Tests zeigte der Katalysator beeindruckende Ergebnisse: Er wandelte CO2 unter Normaldruck und hohen Temperaturen (300-600 Grad Celsius) mit 100%iger Selektivität in CO um. Das bedeutet, dass der Katalysator spezifisch auf CO2 einwirkt, ohne andere Materialien zu beeinträchtigen – ein bedeutender Vorteil für industrielle Anwendungen. Zudem bleibt der Katalysator stabil und wirksam, auch unter harschen Bedingungen und über lange Zeiträume. „Nach 500 Stunden unter rauen Bedingungen hat sich seine Selektivität nicht verändert“, erklärt Omar K. Farha, der leitende Autor der Studie.
Zwei Schritte zum Kohlenstoff-Management
Die Forschungsgruppe um Farha, die sich auch mit der Entwicklung von Metall-organischen Gerüsten (MOFs) befasst, sieht eine kombinierte Nutzung von MOFs und dem neuen Katalysator als zukunftsträchtigen Ansatz zur CO2-Verwaltung. Diese Materialien könnten in einem Tandemsystem eingesetzt werden, um CO2 zunächst aus der Luft zu filtern und anschließend in wertvollere Produkte umzuwandeln.
Was macht man mit aufgefangenem CO2?
Die Frage, was mit dem aufgefangenen CO2 geschehen soll, bleibt zentral. Derzeit wird überwiegend diskutiert, CO2 unterirdisch zu speichern. Allerdings müssen unterirdische Reservoirs viele Anforderungen erfüllen, um CO2 sicher und dauerhaft lagern zu können. Das Team von Farha möchte eine universellere Lösung bieten, die überall eingesetzt werden kann und gleichzeitig ökonomischen Mehrwert schafft.
Ein Schritt in Richtung nachhaltige Chemie
Diese Forschung könnte einen entscheidenden Schritt in Richtung einer nachhaltigeren chemischen Industrie markieren. Indem CO2, ein bisher problematisches Abfallprodukt, in einen wertvollen Rohstoff umgewandelt wird, öffnet sich ein neues Kapitel in der Materialwissenschaft.
Stellt man sich vor – Zucker, dieser süße Verbündete aus unserer Küche, könnte ein Schlüsselspieler im Kampf gegen den Klimawandel werden. Wer hätte das gedacht?
Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Studie wurden im Mai 2024 in der renommierten Zeitschrift Science veröffentlicht und von der US-amerikanischen Energiebehörde, der National Science Foundation und dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada unterstützt.
Reference:
- Milad Ahmadi Khoshooei, Xijun Wang, Gerardo Vitale, Filip Formalik, Kent O. Kirlikovali, Randall Q. Snurr, Pedro Pereira-Almao, Omar K. Farha. An active, stable cubic molybdenum carbide catalyst for the high-temperature reverse water-gas shift reaction. Science, 2024; 384 (6695): 540 DOI: 10.1126/science.adl1260