Chinesische Wissenschaftler haben einen neuen Katalysator auf der Basis von Eisennanopartikeln entwickelt, der in der Lage ist, gewöhnliches Kohlendioxid und Wasserstoff "für immer" in ein benzinähnliches Gemisch von Kohlenwasserstoffen umzuwandeln. Dies geht aus einem Artikel hervor, der in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde.
„In den letzten 200 Jahren waren Kohle, Öl und Gas die Hauptmotoren unserer Zivilisation, die Grundlage ihrer wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung. Die Verbrennung von Kraftstoff hat zur Freisetzung einer großen Menge CO2 in die Atmosphäre geführt, was heute zu einem negativen Klimawandel führt. Die Umwandlung von CO2 in Kraftstoffe und Chemikalien hilft uns nicht nur bei der Bekämpfung der Erwärmung, sondern löst auch das Problem der Ressourcenverknappung “, sagte Jian Sun vom Institut für chemische Physik in Dalian, China, und seine Kollegen.
In den letzten Jahren haben Wissenschaftler aktiv versucht, einen Weg zu finden, um atmosphärisches CO2 in Biokraftstoffe und andere nützliche Substanzen umzuwandeln. Im Juli letzten Jahres haben Physiker in Chicago beispielsweise eine Solarzelle entwickelt, die mithilfe von Lichtenergie CO2 abbaut und Kohlenmonoxid und Wasserstoff erzeugt. Im Oktober haben ihre Kollegen vom Oak Ridge National Laboratory einen Katalysator entwickelt, der Kohlendioxid in normalen Alkohol umwandelt.
Im Prinzip können beide bereits zur Energiespeicherung verwendet werden, diese Katalysatoren weisen jedoch zwei Hauptnachteile auf. Sie fallen schnell aus und müssen nach mehreren zehn Betriebsstunden gereinigt werden. Außerdem setzen sie viele Nebenprodukte frei.
Sun und sein Team haben beide Probleme gelöst - ihr Katalysator wandelt praktisch das gesamte Kohlendioxid in Kohlenwasserstoffe um, die die Basis für Benzin und andere Kraftstoffe mit hoher Oktanzahl bilden, während er unter "normalen" industriellen Bedingungen mindestens 1000 Stunden (eineinhalb Monate) arbeitet.
Es besteht aus zwei Komponenten - Nanopartikeln einer Verbindung aus Eisenoxid und Natrium sowie den sogenannten Zeolithen. Zeolithe sind hohle Nanopartikel aus Aluminiumsilikat, die heute häufig zur Wasserreinigung und zum "Packen" verschiedener Katalysatoren verwendet werden, deren Eintritt von Molekülen in die Zeolithe ihre Eigenschaften merklich verändert und sie häufig viel aktiver als in freier Form verhalten lässt.
Wie die Wissenschaftler bemerken, spielt jede Komponente in diesem Fall eine andere Rolle - Eisennanopartikel "brechen" Kohlendioxidmoleküle und zwingen sie, sich mit Wasserstoffatomen zu verbinden, und Zeolithe und ihre Füllungen tragen zur Vereinigung solcher "Halbzeuge" zu langen Ketten von Kohlenwasserstoffen bei.
Die Kombination dieser Komponenten ermöglicht es chinesischen Chemikern zufolge, die tatsächliche "Ewigkeit" eines solchen Katalysators zu erreichen. Wie von Wissenschaftlern festgestellt, nahm seine Wirksamkeit in den ersten 300 Betriebsstunden nur um 6% ab und änderte sich dann nicht, was darauf hinweist, dass es stabil ist und in dieser Form viel länger als 1000 Stunden verbleibt. Zusätzlich werden 96% des Kohlendioxids in ein Benzinanalogon und nur 4% des CO2 in Methan umgewandelt.
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Darüber hinaus kann das "Bouquet" von Kohlenwasserstoffen flexibel verändert werden, indem der Anteil von Wasserstoff und CO2 in der Mischung erhöht oder verringert wird und indem der Zeolithtyp variiert wird, der als "Packung" für Eisennanopartikel verwendet wird. Durch die Verwendung von Sonnenkollektoren als Energiequelle zum Erhitzen dieses Gasgemisches und zum Pumpen durch einen Katalysator ist es möglich, Sonnenenergie effizient und relativ kostengünstig in Form eines gemeinsamen Brennstoffs für alle zu speichern, ohne die Umwelt zu schädigen, so Sun und seine Kollegen.