Ein neues kupferbasiertes Material könnte Chemikern beim Recycling helfen unerwünschtes Treibhausgas wie gewünscht grüner Kraftstoff.
Als Treibhausgas wird Kohlendioxid – bzw CO2 - hilft, die Atmosphäre zu erwärmen. Aber zu viel von diesem Gas hat in letzter Zeit atmosphärisches Fieber verursacht. Wäre es nicht toll, wenn diese CO2-Belastung stattdessen in ein nützliches Produkt umgewandelt werden könnte? Eine Gruppe von Forschern glaubt, einen Weg gefunden zu haben, genau das zu tun. Sie wandeln CO2 in Ethanol um. Es ist eine oktanerhöhende Chemikalie, die den meisten Benzinvorräten in den Vereinigten Staaten zugesetzt wird.
Das Hinzufügen von Ethanol reduziert den Energieverbrauch pro Gallone Benzin. Aber es bietet einen guten Kompromiss: Benzin verbrennt jetzt sauberer. Somit ist die Herstellung von Ethanol aus CO2 besser für die Umwelt.
Dazu mussten die Forscher CO2 zunächst in seine Bausteine zerlegen. Es stellt sich heraus, dass dies eine schwierige Aufgabe ist. Unter solchen Bedingungen greifen Chemiker oft zu einem Katalysator. Solche Materialien beschleunigen die chemische Reaktion.
"Eine Gruppe von Forschern hat einen völlig neuen Katalysator entwickelt", sagt Di-Jia Liu, Chemiker am Argonne National Laboratory in Lemont, Illinois, der das Team leitete, das den Katalysator entwickelt hat. Damit ist die zum Auslösen der neuen CO 2 -Ethanol-Reaktion erforderliche Spannung viel niedriger als die zum Auslösen ähnlicher Reaktionen erforderliche Spannung, sagt Liu. Und obwohl chemische Reaktionen oft zum Auftreten vieler unerwünschter Nebenprodukte führen, tut dies diese neue nicht. Ihm zufolge sind mehr als 90 Prozent des Endprodukts Ethanol.
Der neue Katalysator verwendet eine Kohlenstoffschicht, um die Kupferatome zu stützen. Diese Kupferatome sind wie soziale Distanzierung verteilt. Wenn Strom durch den Katalysator geleitet wird, verbinden sich Gruppen von entfernten Kupferatomen zu Clustern aus 3 oder 4 Atomen. Laut Liu könnte sein Team mit Hilfe der starken Röntgenstrahlung in ihnen „die chemische Reaktion überwachen, während sie stattfindet“.
Diese Cluster aktivieren den Katalysator und helfen dem CO2, mit dem Wasser zu reagieren. CO2 spaltet sich in Kohlenstoff- und Sauerstoffatome auf. Und Wasser – oder H2O – spaltet sich in Wasserstoff- und Sauerstoffatome. Alle diese freigesetzten Atome ordnen sich nun neu an, um Ethanol zu bilden.
Forscher experimentieren weiter mit dem neuen Verfahren. Sie hoffen auch, andere nützliche Materialien aus Kohlendioxid herzustellen. Deshalb sei die neue Studie nicht der letzte Schritt, sagt Liu.
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