Solarchemie kann Kohlendioxid in Werkstoffe umwandeln

Universität Alicante und CEC: Sichtbares Licht kann industrielle Prozesse antreiben

Javier Garcia Martinez, Chemieprofessor an der Universität von Alicante, nutzt Sonnenlicht, um Abfall-CO2 in Werkstoffe umzuwandeln. Dadurch können, so schreibt er am 10.11.2020 in den Portalen ezanime.net und auf Scientific American, die zum Klimawandel beitragenden CO2-Emissionen auf zwei Arten reduziert werden: durch die Verwendung des unerwünschten Gases als Rohstoff sowie Sonnenlicht und nicht fossile Brennstoffe als Energiequelle für die Produktion. Dieser Prozess werde dank der Fortschritte bei Photokatalysatoren zunehmend möglich.

Rauch, Wasserdampf und CO2-Ausstoß – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

In den vergangenen Jahren hätten Forscher Photokatalysatoren entwickelt, welche die widerstandsfähige Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff in Kohlendioxid aufbrechen. Das sei ein entscheidender erster Schritt hin zur Schaffung “solarer” Raffinerien gewesen, die aus dem Abgas nützliche Verbindungen herstellten – darunter “Plattform”-Moleküle, die als Rohstoffe für die Synthese so unterschiedlicher Produkte wie Medikamente, Waschmittel, Düngemittel und Textilien dienen könnten (siehe carbon2chem).

Garcia wörtlich: “Photokatalysatoren sind typischerweise Halbleiter, die energiereiches ultraviolettes Licht benötigen, um die an der Umwandlung von CO2 beteiligten Elektronen zu erzeugen. Doch ultraviolettes Licht ist sowohl knapp (es macht nur 5 Prozent des Sonnenlichts aus) als auch schädlich. Die Entwicklung neuer Katalysatoren, die unter reichlich vorhandenem und gutartigem sichtbarem Licht arbeiten, war daher ein wichtiges Ziel. Dieser Forderung wird durch sorgfältige Planung der Zusammensetzung, Struktur und Morphologie bestehender Katalysatoren, wie z.B. Titandioxid, entsprochen. Obwohl es CO2 allein als Reaktion auf ultraviolettes Licht effizient in andere Moleküle umwandelt, wird durch die Dotierung mit Stickstoff die dafür erforderliche Energie erheblich gesenkt. Der geänderte Katalysator benötigt jetzt nur noch sichtbares Licht, um weit verbreitete Chemikalien wie Methanol, Formaldehyd und Ameisensäure zu erzeugen, die bei der Herstellung von Klebstoffen, Schaumstoffen, Sperrholz, Möbeln, Bodenbelägen und Desinfektionsmitteln von großer Bedeutung sind.”

Gegenwärtig finde die solarchemische Forschung hauptsächlich in akademischen Laboratorien statt, u.a. im Joint Center for Artificial Photosynthesis, das vom California Institute of Technology in Partnerschaft mit dem Lawrence Berkeley National Laboratory betrieben wird, in einer in den Niederlanden ansässigen Zusammenarbeit von Universitäten, Industrie, Forschungs- und Technologieorganisationen, dem Sunrise-Konsortium, und in der Abteilung für heterogene Reaktionen von Robert Schlögl am Max-Planck-Institut für chemische Energieumwandlung in Mülheim an der Ruhr. Einige StartUps arbeiteten an einem anderen Ansatz zur Umwandlung von Kohlendioxid in nützliche Substanzen – nämlich der Anwendung von Elektrizität zum Antrieb der chemischen Reaktionen. Das wäre natürlich weniger umweltfreundlich als die Nutzung von Sonnenenergie, wenn der Strom aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe gewonnen würde, aber die Photovoltaik könnte diesen Nachteil aufheben.

Die bei der solar getriebenen Umwandlung von CO2 in Chemikalien erzielten Fortschritte würden in den kommenden Jahren sicherlich von StartUps oder anderen Unternehmen kommerzialisiert und weiterentwickelt werden, so Garcia. Dann werde die chemische Industrie – durch die Umwandlung des heute als Abfall anfallenden CO2 in wertvolle Produkte – dem Ziel, Teil einer echten, abfallfreien Kreislaufwirtschaft zu werden, einen Schritt näher kommen und dazu beitragen, das Ziel, negative Emissionen zu erzeugen, Wirklichkeit werden zu lassen.

Solarify meint: Das kommt einem bekannt vor…

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