{"id":407656,"date":"2022-09-30T06:30:00","date_gmt":"2022-09-30T04:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=407656"},"modified":"2022-09-30T06:30:00","modified_gmt":"2022-09-30T04:30:00","slug":"neuartiger-perowskit-katalysator-macht-carbon-capture-and-utilization-technologie-effizienter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/neuartiger-perowskit-katalysator-macht-carbon-capture-and-utilization-technologie-effizienter\/","title":{"rendered":"Neuartiger Perowskit Katalysator macht \u00a0Carbon Capture and Utilization Technologie effizienter"},"content":{"rendered":"\n
Warum wir \u00fcber dieses Thema schreiben:<\/summary>

Die Erkenntnisse aus diesem Projekt lassen die gro\u00dftechnische Umsetzung von Carbon Capture and Utilization Technologien n\u00e4her r\u00fccken – und damit eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft im Bereich der unvermeidbaren Treibhausgasemissionen. <\/p><\/div><\/details>\n\n\n\n

In der Europ\u00e4ischen Klimapolitik<\/a> versucht man die Entstehung sch\u00e4dlicher Treibhausgase weitgehend zu verhindern. Wo das nicht m\u00f6glich ist, sind technische L\u00f6sungen gefragt. Diese sind unter dem Begriff Carbon Capture and Utilization<\/em> bekannt und stehen f\u00fcr die Umwandlung von sch\u00e4dlichen Treibhausgasen. Dabei entstehen wertvolle Synthesegase, die man in eine Reihe von n\u00fctzlichen chemischen und stofflichen Produkten umwandeln kann \u2013 wie etwa Plastik oder gr\u00fcnes Kerosin f\u00fcr die Luftfahrt. Wandelt man die Treibhausgase in Methanol um, dann erh\u00e4lt man einen Basisstoff f\u00fcr die chemische Industrie, von dem j\u00e4hrlich hunderte Millionen Tonnen gebraucht werden, erkl\u00e4rt Professor Christoph Rameshan<\/a> vom Institut f\u00fcr Materialchemie<\/em> an der TU Wien<\/em><\/a>.  <\/p>\n\n\n\n

Carbon Capture and Utilization<\/em><\/h2>\n\n\n\n

Carbon Capture and Utilization<\/em> ist grunds\u00e4tzlich schon m\u00f6glich, eine industrielle Anwendung scheitert aber bisweilen noch an den hohen Kosten des Verfahrens. Denn CO2<\/sub> ist ein extrem stabiles Molek\u00fcl. Um es umzuwandeln, ben\u00f6tigt es viel Energie und effiziente Katalysatoren. Auf Seiten der Katalysatoren wurden bereits betr\u00e4chtliche Fortschritte gemacht. Stolperstein ist aber das sogenannte Verklumpen<\/em> und Verkoken<\/em> der Katalysatoren. Das hei\u00dft, auf diesen Katalysatoren bildet sich rasch eine Schicht aus Kohlenstoff und dadurch verlieren diese rasch ihre Leistungsf\u00e4higkeit, so Rameshan.<\/p>\n\n\n\n

Ineffiziente Metallkatalysatoren<\/h2>\n\n\n\n

Herk\u00f6mmliche Metallkatalysatoren bestehen meist aus einem g\u00fcnstigen Oxid als Tr\u00e4germaterial – auf welches metallische Nanopartikel aufgebracht werden, wie etwa Nickel (Ni), Cobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Edelmetalle. Diese Nanopartikel m\u00fcssen fein verteilt sein, um unter Reaktionsbedingungen hohe Effizienz zu zeigen \u2013 und dabei nicht zu verklumpen oder zu verkoken.<\/p>\n\n\n\n

Diese Stabilit\u00e4t ist meist nicht gegeben, weshalb Metallkatalysatoren zum Beispiel dazu neigen, winzige Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen zu produzieren\u201c, erkl\u00e4rt Florian Schrenk, der in Rameshans Team derzeit an seiner Dissertation arbeitet. Und diese Nanor\u00f6hrchen lagern sich dann als schwarzer Film an der Oberfl\u00e4che des Katalysators ab und blockieren ihn.<\/p>\n\n\n\n

Je h\u00f6her die ben\u00f6tigen Temperaturen f\u00fcr einen Prozess sind, desto schneller verlieren die Katalysatoren ihre Effizienz. F\u00fcr Carbon Capture and Utilization<\/em> Prozesse ben\u00f6tigt man meist sehr hohe Temperaturen, wodurch diese Probleme meist sehr ausgepr\u00e4gt sind.<\/p>\n\n\n\n

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Neue Erkenntnisse in der Methan Trockenreformierung<\/div>
Ein Forschungsprojekt an der Universit\u00e4t Innsbruck brachte neue Befunde zur Methan Trockenreformierung. Der Prozess wurde am Modellkatalysator transparent gemacht.<\/div><\/div><\/div>\n\n\n

Perowskit Kristalle<\/h2>\n\n\n\n

Die Forschenden um Rameshan verfolgen einen neuen Ansatz: Sie verwenden Perowskit-Kristalle und unterziehen diese einer speziellen Vorbehandlung, welche die unerw\u00fcnschte Verkokung verhindert. Perowskite zeichnen sich durch eine hohe Temperaturstabilit\u00e4t aus. Sie werden zum Beispiel auch in Festoxid-Brennstoffzellen mit Betriebstemperaturen von rund 1000 Grad Celsius eingesetzt Das macht sie zu idealen Kandidaten f\u00fcr Carbon Capture and Utilization<\/em> Prozesse. <\/p>\n\n\n\n

Perowskite sind sauerstoffhaltige Kristalle, die man mit verschiedenen Metallatomen ausstatten kann\u201c, sagt Rameshan. \u201eMan kann etwa Nickel oder Kobalt in den Perowskit einf\u00fcgen \u2013 Metalle, die auch bisher schon in der Katalyse verwendet wurden.\u201c Dieses Dotierungsmaterial l\u00e4sst sich durch eine Vorbehandlung des Kristalls, zum Beispiel mit Wasserstoff bei 600 Grad Celsius, an die Oberfl\u00e4che bringen. Dabei bilden sich fein verteilte Nanopartikel aus, die an der Oberfl\u00e4che verankert sind \u2013 und diese Nanopartikel l\u00f6sen das Problem mit dem Verklumpen der Nanopartikel.<\/p>\n\n\n\n

\"Carbon
Von Kelly Nash – http:\/\/www.mindat.org\/photo-170962.html, CC BY 3.0, Perowskit (c) https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=9759462<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Gr\u00f6\u00dfe der Nanopartikel entscheidend<\/h2>\n\n\n\n

Die Forschenden fanden heraus, dass der Erfolg des Experiments ma\u00dfgeblich mit der Gr\u00f6\u00dfe der Nanopartikel zusammenh\u00e4ngt: Die gew\u00fcnschte chemische Reaktion stellte sich bei Nanopartikeln mit einem Durchmesser von 30 bis 50 Nanometern ein. <\/p>\n\n\n\n

Gleichzeitig verhindert der Sauerstoff, der im Perowskit enthalten ist, die Ausbildung von Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen \u2013 und somit der Verkokung des Katalysators. <\/p>\n\n\n\n

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\u201eWir konnten in unseren Experimenten zeigen, dass die exakte Gr\u00f6\u00dfe der Nanopartikel entscheidend ist, wenn man Kohlenstoff-Ablagerungen vermeiden \u2013 und die Gefahr des Verkokens eliminieren will. Ist die Gr\u00f6\u00dfe der Nanopartikel richtig gew\u00e4hlt, dann bleiben diese stabil und die Struktur des Katalysators ver\u00e4ndert sich nicht. Das hei\u00dft, er kann dauerhaft genutzt werden.\u201c<\/p>Florian Schrenk, Dissertant am Institut f\u00fcr Materialchemie an der TU Wien<\/cite><\/blockquote>\n\n\n\n

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Beitrag zu einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft<\/h2>\n\n\n\n

Der neuartige Perowskit-Katalysator eignet sich f\u00fcr die Trockenreformierung, ein Verfahren, in dem Methan (CH4<\/sub>) und Kohlenstoffdioxid (CO2<\/sub>) thermochemisch umgesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Methan und CO2<\/sub> sind die beiden menschgemachten Treibhausgase, die den gr\u00f6\u00dften Anteil am Klimawandel haben. Woher diese kommen, sei f\u00fcr die Trockenreformierung unwesentlich. M\u00f6gliche Quellen w\u00e4ren zum Beispiel Industrieabgase oder CO2<\/sub>-haltiges Erdgas. H\u00e4ufig treten sie aber in Verbindung mit biologischen Substanzen auf, wie etwa in Biogasanlagen, so Rameshan und weiter: \u201eBei der Methan-Trockenreformierung kann man beide Gase gleichzeitig in n\u00fctzliche Synthesegase umwandeln. Aus Methan und Kohlendioxid entstehen Wasserstoff (H2<\/sub>) und Kohlenstoffmonoxid (CO) \u2013 und daraus lassen sich dann relativ einfach andere Kohlenwasserstoffe herstellen, bis hin zu Biotreibstoffen.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Je nach gew\u00e4hlten Reaktionsparametern kann man die Zusammensetzung des entstehenden Synthesegases beeinflussen. So k\u00f6nnte die Weiterverarbeitung klimasch\u00e4dlicher Treibhausgase zu wertvollen Produkten ein wichtiger Baustein f\u00fcr eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft werden.<\/p>\n\n\n\n

Gro\u00dftechnische Anwendung<\/h2>\n\n\n\n

Im Moment arbeiten die Forschenden daran, die neuentwickelten Materialien f\u00fcr die gro\u00dftechnische Anwendung zu skalieren. Dazu m\u00fcssen diese in eine spezifische Form gebracht werden. Das einfachste sind Pellets, so wie wir sie von der Pelletheizung kennen\u201c, erkl\u00e4rt Professor Rameshan. Er hofft, dass das Projekt in sp\u00e4testens eineinhalb Jahren so weit gediehen ist, dass Perowskite als kommerzielles Material angeboten werden k\u00f6nnen. Das w\u00fcrde die Effizienz der Carbon Capture and Utilization<\/em> Technologien steigern. <\/p>\n\n\n\n

Politische Unterst\u00fctzung gefragt<\/h2>\n\n\n\n

Ungel\u00f6st bleibe das Problem des hohen Energieverbrauchs, der sich nicht vermeiden lasse, so Rameshan. Dieser werde zwar mit zunehmenden Kapazit\u00e4ten fallen, aber es brauche hier auch regulatorische Schritte von Seiten der Politik. Dabei gehe es darum, die Preise f\u00fcr erneuerbare Energien zu senken und Carbon Capture and Utilization<\/em> Prozesse zu f\u00f6rdern und konkurrenzf\u00e4hig zu machen. Dies k\u00f6nne \u00fcber Abgaben erfolgen, wie zum Beispiel beim Preis von CO2<\/sub>-Zertifikaten. Eine andere L\u00f6sung w\u00e4re es, CCU-Unternehmen die M\u00f6glichkeit zu geben, CO2<\/sub>-Zertifikate zu verkaufen, da sie aktiv zur Einsparung von CO2<\/sub> beitragen.<\/p>\n\n\n\n

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\u00d6konomisches Modell f\u00fcr eine CO2-neutrale Mobilit\u00e4t<\/div>
Fossile Brennstoffe belasten die Umwelt. Der Wille f\u00fcr eine CO2-neutrale Mobilit\u00e4t ist vielfach vorhanden. Die Umsetzung scheitert aber mitunter noch an praktikablen L\u00f6sungen. Eine gro\u00dfe … Continued<\/a><\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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