Perowskit-Struktur knackt Kohlendioxid: Neue Waffe gegen den Klimakiller

Synthetische Materialien, deren Struktur der eines natürlichen Perowskit-Minerals ähneln, sind vor allem im Gespräch, wenn es um leistungsfähigere Solarzellen geht. Jetzt haben Forscher in Wien entdeckt, dass sie noch ganz andere, vielleicht sogar aufregendere Eigenschaften haben. Sie lassen sich nutzen, um dem Klimagas Kohlendioxid ein Sauerstoffatom zu entreißen. Übrig bleibt Kohlenmonoxid, ein wichtiges Ausgangsmaterial für die Chemie, aus dem sich auch synthetische Treibstoffe herstellen lassen.

Ökostrom liefert die Energie

„Wir interessieren uns für die sogenannte reverse Wassergas-Shift-Reaktion“, sagt Professor Christoph Rameshan vom Institut für Materialchemie der Technischen Universität Wien. „Dabei werden Kohlendioxid und Wasserstoff in Wasser und Kohlenmonoxid umgewandelt. Damit nicht neues Klimagas entsteht wird der eingesetzte Wasserstoff durch Elektrolyse, also die Spaltung von Wasserstoff hergestellt, wobei Ökostrom die Energie liefert.

Diese Reaktion ist nicht neu, aber noch weit entfernt von einer industriellen Nutzung. Weil die Reaktion hohe Temperaturen benötigt, halten die dabei eingesetzten Katalysatoren nicht lange durch. Sie immer und immer wieder zu ersetzen ist wirtschaftlich nicht machbar, weil sie wertvolle Metalle enthalten, also teuer sind.

Perowskit mit hervorragenden Eigenschaften

Rameshan und sein Team machen sich auf die Suche nach billigen Katalysatoren. Bei Perowskit-Strukturen wurden sie fündig. Sie zeichnen sich durch eine Vielzahl von Poren aus, die viel Reaktionsfläche verspricht. „Wir haben einiges ausprobiert und sind schließlich auf einen Perowskit aus Kobalt, Eisen, Calcium und Neodym gestoßen, der hervorragende Eigenschaften hat“, sagt Rameshan.

Aufgrund der Kristallstruktur des Perowskits können bestimmte Atome durch ihn hindurchwandern. So dringen etwa während der Katalyse Kobalt-Atome aus dem Inneren des Materials an die Oberfläche und bilden dort winzige Nanopartikel, die chemisch besonders aktiv sind. Gleichzeitig entstehen so genannte Sauerstoff-Fehlstellen – Positionen im Kristall, an denen eigentlich ein Sauerstoff-Atom sitzen sollte. Genau an diesen freien Stellen können CO₂-Moleküle besonders gut andocken, um dann in Sauerstoff und Kohlenmonoxid zerlegt zu werden.

Dreimal so teuer, aber viel länger haltbar

Der neue Katalysator ist zwar dreimal so teuer wie die bisher meist nur im Labor eingesetzten Reaktionsbeschleuniger. Das macht er jedoch wett durch eine höhere Standzeit. Wenn er dann doch mal abschlafft lässt er sich regenerieren, um erneut genutzt werden zu können. Reaktoren, die Kohlendioxid knacken, könnten in Industrieanlagen eingesetzt werden, die besonders viel Klimagas erzeugen.

via TU Wien