29.11.2018

Katalysator mit Doppelfunktion

Pentlandit zeigt gute Eignung für die Produktion von Wasserstoff und Kohlenmonoxid.

Das Mineral Pentlandit eignet sich als Katalysator für das Recycling von Kohlen­dioxid und könnte somit eine Alternative zu teuren Edel­metall-Katalysatoren sein. Das fanden Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB), des Fritz-Haber-Instituts Berlin und von Fraunhofer Umsicht in Oberhausen heraus. Bislang war Pentlandit als Katalysator für die Wasser­stoff­produktion bekannt. Durch die Wahl eines geeigneten Lösungs­mittels konnten die Wissen­schaftler es jedoch auch für die Umsetzung von Kohlen­dioxid zu Kohlen­monoxid nutzen. Letzteres ist ein verbreiteter Ausgangs­stoff für die chemische Industrie.

Abb.: Kai junge Puring, Stefan Piontek und Mathias Smialkowski (von links) mit der Elektrolyse­zelle, in der die Experimente durch­geführt wurden. (Bild: RUB, Marquard)

„Die Umwandlung von CO2 in wertvolle Ausgangs­stoffe für die chemische Industrie stellt einen viel­versprechenden Ansatz dar, die Klima­erwärmung zu bekämpfen“, sagt Ulf-Peter Apfel. „Allerdings sind bislang kaum billige und leicht verfügbare Katalysatoren für die Reduktion von CO2 bekannt.“ Außer­dem begünstigen die infrage kommenden Katalysatoren in der Regel vornehmlich eine andere chemische Reaktion, nämlich die Synthese von Wasser­stoff – so auch Pentlandit. Den Forschern gelang es jedoch, das Mineral in einen Katalysator für die CO2-Umsetzung umzu­wandeln.

Sie erzeugten Elektroden aus Pentlandit und analysierten, unter welchen Bedingungen es an deren Oberfläche zur Wasser­stoff­bildung oder Kohlen­monoxid­produktion kam. „Vor allem die Gegen­wart von Wasser an der Elektrodeno­berfläche war entscheidend“, resümiert Ulf-Peter Apfel. Viel Wasser verschob die Reaktion zugunsten der Wasser­stoff­bildung, wenig Wasser zugunsten der Kohlen­monoxid­entwicklung. Indem die Forscher den Wasser­gehalt genau einstellten, konnten sie auch Gemische aus Kohlen­monoxid und Wasser­stoff entstehen lassen. „Solche Synthese­gas­mischungen haben eine große Bedeutung in der chemischen Industrie“, verdeutlicht Apfel.

Pentlandit besteht aus Eisen, Nickel und Schwefel und ähnelt einigen in der Natur vor­kommenden katalytisch aktiven Zentren von Enzymen, etwa denen der Wasser­stoff produzierenden Hydro­genasen. „Ein großer Plus­punkt dieses Minerals ist, dass es relativ stabil gegenüber anderen chemischen Verbindungen ist, die in industriellen Abgas­strömen vorkommen und wie ein Gift für viele Katalysatoren wirken“, erklärt Apfel.

RUB / DE

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