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Um das Klima zu schützen, möchte man CO2 aus Verbrennungsprozessen für Wertstoffe zurückgewinnen. Herausfordernd ist das, weil in Abgasen neben CO2 auch andere Gase sind. Ein internationales Forschungsteam um Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Zentrum für Elektrochemie der Ruhr-Universität Bochum hat gezeigt, wie man CO2 auch in geringen Konzentrationen elektrochemisch reduzieren kann, um es wiederzuverwerten. Sie berichten in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ vom 23. Dezember 2024.
Anders als häufig unter Laborbedingungen macht CO2 in Abgasen oder der Atmosphäre nur einen geringen Anteil des Gasgemischs aus. Um es unter realistischen Bedingungen zu entnehmen und als Wertstoff wiederverwenden zu können, müssen Katalyseprozesse daher auch dann funktionieren, wenn die CO2-Konzentration niedrig ist.
Konkurrenzreaktionen verhindern
„Unser Problem sind die Konkurrenzreaktionen, die in einem Katalysator ablaufen“, erklärt Wolfgang Schuhmann. „Je weniger CO2-Moleküle umzusetzen sind, desto wahrscheinlicher wird es, dass statt dem gewünschten Produkt bei der Katalyse Wasserstoff entsteht.“ Passt man den Elektrolyten an und wählt eine alkalischere Lösung, um das zu verhindern, hat man ein anderes Problem: CO2 wird zu Carbonat umgewandelt und steht für gewünschte Reaktionen nicht mehr zur Verfügung.
Bis zu einem Gehalt an CO2 von 10 bis 20 Prozent wurden schon erfolgreiche Katalyseprozesse für die CO2-Reduktion beschrieben. Was aber, wenn der Gehalt noch geringer ist? „Wir konnten durch die Nutzung eines superaktiven Katalysators auf Nickel-Kupfer-Basis bis fünf Prozent CO2-Gehalt eine erfolgreiche Katalyse betreiben“, sagt Adib Mahbub, der Erstautor der Publikation. Darunter mussten die Forschenden in die Trickkiste greifen: Durch eine Anpassung der elektrischen Potenziale und des Elektrolyten ließ sich dann sogar aus einem Gasgemisch mit nur zwei Prozent CO2 eine Reduktion durchführen. „Das bedeutet zwar einen Energieverlust, macht uns aber durch geschickte Prozessführung erstmals Quellen zugänglich, die wir bisher nicht für die CO2-Reduktion nutzen konnten“, so Wolfgang Schuhmann. „Folgende Generationen werden auf solche Konzepte aufbauen müssen, wenn sie CO2 aus der Atmosphäre entnehmen wollen, in der der CO2-Gehalt noch geringer ist.“
Förderung
Die Arbeiten wurden finanziell unterstützt durch den Europäischen Forschungsrat ERC im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (CasCat 833408).
Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann
Analytische Chemie – Zentrum für Elektrochemie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: +49 234 32 26200
E Mail: wolfgang.schuhmann@ruhr-uni-bochum.de
Webseite der Arbeitsgruppe: https://www.elan.ruhr-uni-bochum.de/elan/index.html
Muhammad Adib Abdillah Mahbub, Debanjan Das, Xin Wang, Guilong Lu, Martin Muhler, Wolfgang Schuhmann: Towards the use of low-concentration CO2 sources by direct selective electrocatalytic reduction, in: Angewandte Chemie, 2024, DOI: 10.1002/anie.202419775, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202419775
Adib Mahbub aus dem Team des Zentrums für Elektrochemie ist Erstautor des Papers.
RUB, Marquard
Criteria of this press release:
Journalists
Chemistry
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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