Katalysator für Klimaschutz Vom Treibhausgas zum Wertstoff: CO2-Umwandlung

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Um die CO₂-Emissionen zu senken kann sich gerade bei Industrieanlagen anbieten, das Treibhausgas direkt bei der Entstehung abzufangen und in andere Produkte umzuwandeln. Dazu hat ein Team der TU Wien einen neuen, besonders robusten Katalysator entwickelt, mit dem Kohlendioxid in die Grundchemikalie Methanol umgesetzt wird.

Wien/Österreich – Aus Klimaschutzgründen steht fest: Kohlendioxid (CO₂) darf nicht weiter in die Atmosphäre gelangen. Nicht überall lässt sich aber die Entstehung von CO₂ vollständig verhindern. In solchen Fällen sollte es abgeschieden und in andere Stoffe umgewandelt werden – am besten in Substanzen, die anderweitig genutzt und verkauft werden können.

An der TU Wien wurde dafür nun eine neue Methode entwickelt: Mithilfe eines speziellen Katalysatormaterials aus Schwefel und Molybdän wird aus CO₂ flüssiges Methanol. Die neue Technologie wurde bereits patentiert. Gemeinsam mit Industriepartnern soll das Verfahren nun auf industriellen Maßstab skaliert werden.

Katalyse ohne Vergiftung

Genau dort, wo Kohlendioxid in maximaler Konzentration vorkommt – etwa direkt im Abgasstrom großer Industrieanlagen – kann man es am effizientesten nutzen. Die Idee, das CO₂ dort in wertvolle Produkte umzuwandeln, ist nicht neu. Es ist allerdings eine schwierige und aufwändige Aufgabe. Bei manchen Verfahren muss das Treibhausgas vorher angereichert und abgetrennt werden, das verursacht zusätzlich Kosten und Energieaufwand.

„Um Kohlendioxid umzuwandeln, verwendete man bisher oft Katalysatoren, die auf Kupfer basieren“, sagt Prof. Karin Föttinger vom Institut für Materialchemie der TU Wien. „Sie haben allerdings den großen Nachteil, dass sie nicht robust sind. Wenn im Abgasstrom neben Kohlendioxid auch noch bestimmte andere Substanzen vorkommen, zum Beispiel Schwefel, dann verliert der Katalysator rasch seine Wirkung. Man sagt, der Katalysator wird vergiftet.“

Föttinger machte sich daher mit ihrer Forschungsgruppe auf die Suche nach einem besseren Material. „Wenn man solche Methoden nicht nur im Labor, sondern auch im großen Maßstab in der Industrie einsetzen will, dann braucht man einen Katalysator, der vielleicht zwar ein bisschen weniger aktiv ist, aber dafür robust, haltbar und zuverlässig“, erklärt die Chemikerin. „Man möchte ganz gewöhnliche Industrieabgase ohne Vorbehandlung verarbeiten können.“

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Das Team der TU Wien hat gezeigt, dass Katalysatoren auf Basis von Schwefel und Molybdän diese Anforderungen erfüllen. Spezielle Zusatzelemente, etwa Mangan, sorgen dafür, dass das eigentlich sehr unreaktive Kohlendioxid aufgespalten und umgewandelt wird. Durch die Wahl solcher Zusatzelemente lassen sich die Eigenschaften der Katalysatoren genau an den gewünschten Einsatzbereich anpassen. So gelingt die Synthese von Methanol aus CO₂-haltigem Abgas.

„Methanol ist ein attraktives Produkt. Es ist bei Raumtemperatur flüssig, lässt sich also problemlos lagern. Es wird in der Industrie benötigt, bisher stellt man es normalerweise aus fossilen Rohstoffen her“, sagt Föttinger. „Wenn man möchte, kann man mit unseren Katalysatoren aber auch andere Moleküle herstellen, etwa höhere Alkohole. Wir arbeiten derzeit noch daran, genau herauszufinden, wie man Parameter wie Druck und Temperatur am besten wählt, um unterschiedliche Produkte zu erzeugen.“

Die Methode wurde patentiert, jetzt soll sie in Zusammenarbeit mit Partnerfirmen auf Industriemaßstab hochskaliert werden. „Wir arbeiten bereits mit interessierten Firmen zusammen, gleichzeitig suchen wir nach weiteren möglichen Kooperationen“, sagt die Forschungsleiterin. Die neuartigen Katalysatoren sollen auf diese Weise einen wichtigen Beitrag leisten, die Industrie klimaneutral zu machen und Stoffkreisläufe zu schließen.

Das Forschungsprojekt wird als Teil des Doktoratskollegs CO2 Refinery weiter verfolgt, das an der TU Wien interdisziplinär neue Methoden zur umweltfreundlichen Verwertung von CO₂ entwickelt.

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