Treibhausgas zu Biosprit - direkte Umwandlung bei Raumtemperatur

Neuer Katalyse-Prozess wandelt Kohlendioxid ohne großen Energieaufwand zu Methanol

Über einen Katalyse-Prozess wird aus Treibhausgas Treibstoff
Über einen Katalyse-Prozess wird aus Treibhausgas Treibstoff

Singapur - Doppelt umweltfreundlich ist ein neuer Umwandlungsprozess aus Singapur: Er soll klimaschädliches Kohlendioxid binden und gleichzeitig Biosprit erzeugen, ohne Ackerpflanzen oder viel Energie zu benötigen. Sogar bei Raumtemperatur und trockener Luft funktioniert die Umwandlung, wie die Forscher berichten. Sie nutzen vor allem stabile organische Katalysatoren, so genannte N-heterozyklische Carbene (NHCs), und erzeugen Methanol - einen einfachen Alkohol, der in geringen Mengen auch in der Natur vorkommt. Er gilt als Kraftstoff der Zukunft für umweltfreundliche Fahrzeuge, kommt aber auch als Frostschutzmittel und in der Chemieindustrie zum Einsatz. Bisherige Herstellungsverfahren benötigen allerdings recht viel Energie, höhere Temperaturen und Drücke und eine längere Reaktionszeit. Die Forscher beschreiben die Details im Fachblatt "Angewandte Chemie International Edition". Nun müssen sie zeigen, ob sich ihre Methode auch im großen Maßstab umsetzen lässt.

"NHCs haben ein enormes Potenzial gezeigt, Kohlendioxid zu aktivieren und zu binden. Unsere Arbeit kann dazu beitragen, überschüssiges Kohlendioxid in der Umwelt in nützliche Produkte wie Methanol umzuwandeln", berichtet Siti Nurhanna Riduan, Mitglied des Forscherteams am staatlichen A*STAR Institute of Bioengineering and Nanotechnology in Singapur. Zum durch NHCs aktivierten Kohlendioxid kommt im chemischen Prozess Hydrosilan, eine Verbindung aus Wasserstoff und Siliziumdioxid, so Teamleiter Yugen Zhang: "Hydrosilan liefert Wasserstoff, das mit dem Kohlendioxid eine Reduktionsreaktion eingeht. Diese Kohlendioxid-Reduktion katalysiert effizient sogar bei Raumtemperatur". Das Endprodukt dieser chemischen Reaktion wandelt sich dann mithilfe von Wasser per Hydrolyse zu Methanol. Um den gesamten Prozess im industriellen Maßstab zu betreiben, suchen die Forscher jetzt nach einem billigeren Ersatz für das Hydrosilan.

Organische Katalysatoren sind kleine Moleküle vor allem aus Kohlen-, Wasser- und Sauerstoff und anders als Schwermetall-Katalysatoren nicht umwelt- und gesundheitsbelastend. Die N-heterozyklischen Carbene (NHCs), eine Untergruppe der Organokatalysatoren, sind selbst bei Anwesenheit von Sauerstoff stabil, lassen sich günstig herstellen und einfach lagern. Zhangs Forschergruppe hatte zuvor den Nutzen von NHCs auch in anderen Bereichen untersucht. So konnte sie zeigen, berichtet Zhang, dass NHCs als Katalysatoren bei der effektiven Umwandlung von Zuckern in alternative Energiequellen helfen können. Außerdem sollen sie als Antioxidantien degenerative Erkrankungen bekämpfen helfen.

Der neue Prozess aus Singapur bindet also nicht Kohlendioxid, um es langfristig zu lagern. Doch anders als beim Verbrennen fossiler Treibstoffe aus Kohle oder Erdöl setzt er auch nicht fest gebundenes Kohlendioxid wieder frei. Vielmehr führt es bereits freies Kohlendioxid in einen Kreislauf, in dem es als Treibstoff eingesetzt und verbrannt und dann wieder neu zu Treibstoff gewandelt wird.