(pte) – Aus CO2, Wasser und elektrischer Energie entsteht in einem Schritt Ethylen, ein in riesigen Mengen benötigtes Basismaterial für die Herstellung von Kunststoffen. Schon vor einem Jahr haben Forscher der University of Toronto und des California Institute of Technology (Caltech) das Verfahren entwickelt, das aber einen Nachteil hatte: Es entstanden zu viele unerwünschte Nebenprodukte wie Carbonate. Das ging zulasten der Ethylen-Ausbeute.
CO2-Wert steigt
Jetzt haben Professor Ted Sargent und sein Team, darunter Fengwang Li sowie die Caltech-Chemieprofessoren Jonas C. Peters und Theodor Agapie, dem Prozess diese Unart ausgetrieben. „CO2 hat einen geringen ökonomischen Wert“, sagt der Forscher. Das reduziere die Bemühungen, es aus der Atmosphäre zu gewinnen. Diese ökonomische Betrachtung verändere sich dagegen völlig, wenn es gelinge, das Gas in Ethylen umzuwandeln. „Grünes Ethylen kann fossile Rohstoffe ersetzen, die normalerweise zur Herstellung von Kunststoff eingesetzt werden.“
Die Forscher einen Elektrolyseur, der normalerweise Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet, so modifiziert, dass Wasser und CO2 an einem kupferbasierten Katalysator direkt zu Ethylen reagieren. Das Verfahren ähnelt der Co-Elektrolyse, die das Dresdner Unternehmen Sunfire entwickelt hat. Dabei reagieren Wasser und CO2 in einem modifizierten Elektrolyseur in einem Schritt zu Synthesegas, das in Treibstoffe umgewandelt werden kann.
Lebensdauer erhöht
Das Geheimnis für eine höhere Ausbeute war eine Chemikalie mit der Bezeichnung Arylpyridinium, die es in mehreren Varianten gibt. Die Forscher probierten rund ein Dutzend davon aus, ehe sie sich für die effektivste entschieden. Sie dotierten damit die Oberfläche des Kupferkatalysators. Das verbesserte die Umsetzung der Grundstoffe zu Ethylen ohne allzu viele Nebenprodukte.
Der neue Katalysator hat noch einen Vorteil gegenüber dem, den Sargent und sein Team ursprünglich einsetzten. Mit mindestens 200 Stunden Betriebszeit hat er eine weitaus höhere Lebensdauer. Li betont, dass nicht nur die Gewinnung von CO2 aus der Luft dem Klimawandel entgegenwirke, sondern auch die Nutzung von Wind- und Solarstrom. Es werde allerdings noch eine Weile dauern, ehe das Verfahren großtechnisch einsetzbar ist.