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Klima: Erfolgreiche Umwandlung von CO2 in Methanol

Durch die Fotokatalyse konnte eine Forschungsgruppe Methanol herstellen. Noch sind übliche Methoden ineffizient. Mit dem neuen Verfahren soll es sich ändern.



Ein internationales Forschungsteam hat an der University of Nottingham einzelne Kupferatome, die auf einem Licht-aktivierten Material abgeschieden sind, mit Sonnenlicht bestrahlt. Durch die Fotokatalyse haben sie Kohlendioxid in Methanol umgewandelt.

Bei der Fotokatalyse wird ein Halbleitermaterial mit Licht bestrahlt. Das regt Elektronen an, die dann durch das Material wandern, um mit CO2 und Wasser zu reagieren. Dies kann zu einer Vielzahl nützlicher Produkte führen, wie dem grünen Kraftstoff Methanol. Jedoch gilt dieses Verfahren als wenig effizient und selektiv.

Obwohl es möglich ist, CO2 in nützliche Produkte umzuwandeln, sind die herkömmlichen thermischen Verfahren auf Wasserstoff angewiesen. Dieser wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. Dementsprechend ist es wichtig, alternative Methoden auf der Grundlage von Foto- und Elektrokatalyse zu entwickeln, die sich die nachhaltige Sonnenenergie und Wasser zunutze machen. Laut dem Team ebnet ihre Entdeckung den Weg für die Herstellung neuer grüner Kraftstoffe.

Material auf der Nanoskala

"Wir haben den durch Licht erzeugten Strom gemessen und ihn als Kriterium für die Qualität des Katalysators verwendet", erklärt Tara LeMercier, die Hauptautorin der Studie. "Auch ohne Kupfer ist die neue Form des Kohlenstoffnitrids 44-mal aktiver als herkömmliches Kohlenstoffnitrid." Die Effizienz vervierfachte sich durch die Zugabe von einem Milligramm Kupfer pro einem Gramm Kohlenstoffnitrid.

Die Valorisierung (Anpassung eines Wertes an die Teuerungsrate) von Kohlendioxid ist laut dem Mitautor Andrei Khlobystov der Schlüssel zum Erreichen des Netto-Null-Ziels. "Ein großer Vorteil des neuen Katalysators ist, dass er aus nachhaltigen Elementen – Kohlenstoff, Stickstoff und Kupfer - besteht, die auf unserem Planeten reichlich vorhanden sind", erklärt er.

Sein Studienkollege Madasamy Thangamuthu ergänzt: "In unserem Ansatz kontrollieren wir das Material auf der Nanoskala. Wir haben eine neue Form von Kohlenstoffnitrid mit kristallinen Domänen im Nanomaßstab entwickelt, die eine effiziente Wechselwirkung mit Licht und eine ausreichende Ladungstrennung ermöglichen."

Zur Studie

Das Forschungsergebnis wurde am 6. März 2024 in der Fachzeitschrift Sustainable Energy & Fuels der Royal Society of Chemistry veröffentlicht: Synergy of nanocrystalline carbon nitride with Cu single atom catalyst leads to selective photocatalytic reduction of CO2 to methanol (Die Synergie von nanokristallinem Kohlenstoffnitrid mit einem einatomigen Cu-Katalysator führt zur selektiven photokatalytischen Reduktion von CO2 zu Methanol).

Das Forschungsteam setzte sich aus Mitgliedern der Universitäten Nottingham (School of Chemistry), Birmingham, Queensland und Ulm zusammen.

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