Ein neuer Katalysator kann Kohlendioxidgas aufspalten

Ein neuer Katalysator kann Kohlendioxidgas aufspalten

Tom Simonite, www.newscientist.com

Ein neuer Katalysator, der Kohlendioxidgas spalten kann, könnte es uns ermöglichen, Kohlenstoff aus der Atmosphäre ähnlich wie Pflanzen als Brennstoffquelle zu nutzen.

"Das Aufbrechen der sehr stabilen Bindungen in CO2 ist eine der größten Herausforderungen in der Synthesechemie", sagt Frederic Goettmann, Chemiker am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam. "Aber Pflanzen tun es seit Millionen von Jahren."

Pflanzen nutzen die Energie des Sonnenlichts, um die relativ stabilen chemischen Bindungen zwischen den Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen in einem Kohlendioxidmolekül zu spalten. Bei der Photosynthese wird das CO2-Molekül zunächst an Stickstoffatome gebunden, wodurch reaktive Verbindungen entstehen, die als Carbamate bezeichnet werden. Diese weniger stabilen Verbindungen können dann abgebaut werden, so dass der Kohlenstoff bei der Synthese anderer Pflanzenprodukte wie Zucker und Proteine ​​verwendet werden kann.

Um diesem natürlichen Prozess nachzueifern, entwickelten Goettmann und seine Kollegen Arne Thomas und Markus Antonietti einen eigenen stickstoffbasierten Katalysator, der Carbamate produzieren kann. Die graphitartige Verbindung besteht aus flachen Schichten aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen, die in Sechsecken angeordnet sind.

Das Team erhitzte eine Mischung aus CO2 und Benzol mit dem Katalysator auf eine Temperatur von 150 ºC bei etwa dreimaligem Atmosphärendruck. In einem ersten Schritt ermöglichte der Katalysator die Bildung eines reaktiven Carbamats, wie es in Pflanzen vorkommt.
Sauerstoff greifen

Der nächste nützliche Schritt des Katalysators bestand darin, die Benzolmoleküle in die Lage zu versetzen, das Sauerstoffatom aus dem CO2 im Carbamat aufzunehmen, wodurch Phenol und eine reaktive Kohlenmonoxid (CO) -Spezies erzeugt werden.

"Mit Kohlenmonoxid können neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufgebaut werden", erklärt Goettmann. "Wir haben den ersten Schritt getan, Kohlendioxid aus der Atmosphäre als Quelle für die chemische Synthese zu nutzen."

Zukünftige Verbesserungen könnten es Chemikern ermöglichen, ihre Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen als Quellen für die Herstellung von Chemikalien zu reduzieren. Flüssigkraftstoff könnte auch aus CO-Split aus CO2 hergestellt werden, sagt Goettmann. "Es war im Zweiten Weltkrieg in Deutschland und in Südafrika in den 1980er Jahren üblich, aus Kohle gewonnenen Treibstoff zu gewinnen", fügt er hinzu.

Die Forscher versuchen nun, ihre Methode der Photosynthese noch näher zu bringen. "Die Benzol-Reaktion liefert derzeit die Energie, die das CO2 spaltet", sagt Goettmann, "aber in Pflanzen ist es leicht." Der neue Katalysator absorbiert ultraviolette Strahlung, also experimentiert das Team, um zu sehen, ob Licht stattdessen die Energie liefern kann.
Recycelter Kohlenstoff

Joe Wood, ein Chemieingenieur an der Universität Birmingham in Großbritannien, forscht ebenfalls nach Möglichkeiten, CO2 zu binden. "Es besteht ein wachsendes Interesse daran, es als recycelten Rohstoff für die chemische Industrie zu nutzen", sagt er.

Die Max-Planck-Technik sei nur in kleinem Maßstab demonstriert worden und habe eine geringe Ausbeute von 20%, betont er. "Aber es sieht ziemlich vielversprechend aus", fügt er hinzu. "Der Katalysator kann billig hergestellt werden und funktioniert bei relativ niedrigen Temperaturen."

Die Produkte der Technik sind gut geeignet, um Drogen oder Herbizide herzustellen, sagt Wood, "also hoffentlich können sie die Effizienz verbessern und sie vergrößern."

Referenz: Angewandte Chemie (Bd. 46, S. 1) DOI: 10.1002 / ange.200603478

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