Forscher wandeln Kohlendioxid wieder in Kohle um
Wenn Kohle verbrennt, entsteht Kohlendioxid. Nun ist es Forschern erstmals gelungen, den Vorgang bei Raumtemperatur wieder rückgängig zu machen. Ihre Technik könnte beim Klimaschutz helfen.
Mithilfe von flüssigen Metallen als Katalysator haben Forscher aus Kohlendioxid (CO2) Kohle hergestellt.
Damit binden sie das Treibhausgas in einem Feststoff. Der Versuch lief bei Raumtemperatur ab und könnte somit künftig helfen, der Atmosphäre entzogenes CO2 in großem Umfang zu lagern.
Um sicherzustellen, dass sich die Erde bis zum Jahr 2050 höchstens um 1,5 Grad gegenüber dem vorindustriellen Niveau erwärmt, müssen laut dem Weltklimarat IPCC nicht nur Emissionen eingespart, sondern der Atmosphäre muss auch aktiv CO2 entzogen werden. Kürzlich hat in Großbritannien die erste industrielle Anlage begonnen, Kohlendioxid aus der Luft zu ziehen. Die große Frage ist aber vor allem, wie der Stoff anschließend gelagert werden soll.
Mit bisherigen Technologien ist es möglich, CO2 zu komprimieren und in eine Flüssigkeit umzuwandeln. Anschließend könnte es dann unterirdisch verwahrt werden. In der Praxis wird das bislang allerdings nicht umgesetzt, weil es teuer ist, weil es technische Hürden und Umweltbedenken gibt. CO2 in Kohle umzuwandeln, ist dagegen ein neuer Ansatz.
"Wir können zwar die Zeit nicht zurückdrehen", sagt Torben Daeneke von der RMIT University im australischen Melbourne. "Aber CO2 in Kohle zurückzuverwandeln und im Boden zu vergraben, ist ein bisschen, als würde man Emissionen ungeschehen machen."
Abfallprodukte nützlich für Superkondensatoren
Gemeinsam mit Erstautorin Dorna Esrafilzadeh und Kollegen hat er einen flüssigen Metall-Katalysator entwickelt, der Elektrizität sehr gut leitet und das CO2 dabei chemisch umwandelt. Die Forscher lösen das CO2 dazu in einer Elektrolytlösung, die mit einer kleinen Menge flüssigem Metall vermischt wird. Dann geben sie Strom auf die Flüssigkeit.
Das CO2 entwickelt sich bei dem Verfahren langsam zu Flocken aus Kohlenstoff (C), die sich vom flüssigen Metall an der Oberfläche lösen. So könne kontinuierlich neues CO2 in festen Kohlenstoff umgewandelt werden, berichten die Forscher im Fachmagazin "Nature Communications". Bislang war das nur bei extrem hohen Temperaturen möglich und damit für eine industrielle Anwendung ungünstig.
Esrafilzadeh arbeitet auch an Konzepten, wie sich die Abfallprodukte aus der Reaktion nutzen ließen. Statt ihn vollständig unter der Erdoberfläche zu vergraben, könne der Kohlenstoff etwa als Elektrode verwendet werden.
"Ein Nebeneffekt der Reaktion ist, dass der Kohlenstoff elektrische Ladung speichern kann. Als Superkondensator könnte er sich künftig etwa als Bauteil von Elektroautos eigenen", erklärt die Forscherin. Außerdem entstehe bei der Reaktion synthetischer Treibstoff, der industriell genutzt werden könne.
"Mit dem flüssigen Metall als Katalysator haben wir gezeigt, dass es möglich ist, CO2 bei Raumtemperatur zurück in Kohle zu überführen. Die Reaktion ist sehr effizient und funktioniert auch bei großen Mengen", sagt Torben Daeneke. Um die Technik industriell anwenden zu können, sei trotzdem noch Forschung nötig.
m.spiegel.de/wissenschaft/technik/...n-kohle-um-a-1255348.html
CO2-Reduktion auf feste Kohlenstoffsubstrate auf flüssigen Metallen mit atomar dünnen Ceroxidgrenzflächen bei Raumtemperatur
26. Februar 2019
Zusammenfassung
Negative Kohlenstoffemissions-Technologien sind entscheidend für die Sicherstellung eines zukünftig stabilen Klimas. Der gasförmige Zustand von CO2 stellt jedoch die unbegrenzte Speicherung dieses Treibhausgases vor eine Herausforderung. Hierin haben wir einen Flüssigmetall-Elektrokatalysator entwickelt, der metallische elementare Cer-Nanopartikel enthält, die die elektrochemische Reduktion von CO2 zu geschichteten festen kohlenstoffhaltigen Spezies bei einem niedrigen Einfallspotenzial von -310 mV vs. CO2/C ermöglichen. Wir haben die Bildung eines Ceroxidkatalysators an der Grenzfläche Flüssigmetall/Elektrolyt genutzt, der zusammen mit Cer-Nanopartikeln die Raumtemperaturreduktion von CO2 förderte. Durch die Hemmung der van der Waals-Adhäsion an der Grenzfläche zur Flüssigkeit war die Elektrode bemerkenswert resistent gegen die Deaktivierung durch Verkokung durch feste Kohlenstoffarten. Die asynchron hergestellten festen kohlenstoffhaltigen Materialien konnten für die Herstellung von Hochleistungskondensatorelektroden verwendet werden. Insgesamt kann dieser flüssigmetallhaltige elektrokatalytische Prozess bei Raumtemperatur zu einer praktikablen Negativemissionstechnologie führen.
www.nature.com/articles/s41467-019-08824-8
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