Mehr Synthesegas aus Kohlendioxid

Pflanzen wandeln das Treibhausgas Kohlendioxid über die Photosynthese in energiereiche Kohlenhydrate um. Dieses biologische Vorbild nachahmend arbeiten zahlreiche Forschergruppen weltweit an ähnlichen Prozessen, um aus CO₂ und Wasser ein Synthesegas zu erhalten. Dieses Gasgemisch aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid ist für die Erzeugung von Methanol, Ammoniak und anderen Grundchemikalien geeignet. Wissenschaftler entwickelten nun ein alternatives Verfahren, mit dem ungewöhnlich viel CO₂ für die Kohlenmonoxidsynthese genutzt werden konnte. In der Fachzeitschrift „Science“ erläutern sie die Details der Katalysereaktion, die zu einer effizienteren und klimafreundlichen Verwertung von CO₂ im industriellen Maßstab führen könnte.

„Verglichen mit vorhandenen Technologien kann mit unserem Verfahren dreimal mehr Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umgewandelt werden“, sagt Valdimir Galvita von der Universität Gent in Belgien. Mit seinen Kollegen optimierte er die sogenannte Trockenreformierung, bei der aus Methan – dem Hauptbestandteil von Erdgas – und Kohlendioxid das begehrte Synthesegas entsteht. Bisher konnten in einer Katalysereaktion aus je einem Methan- und Kohlendioxidmolekül jeweils zwei Wasserstoff- und Kohlenmonoxidmoleküle gewonnen werden. In dem neu entwickelten Prozess ließen sich dagegen drei CO₂-Moleküle pro Methanmolekül umwandeln.

Möglich wurde diese signifikante Effizienzsteigerung mit einem mehrstufigen Prozess, bei dem die Forscher neben einem Katalysator aus Nickel kleine Partikel aus Eisenoxid und Calciumoxid einsetzten. Bei hohen Temperaturen von mindestens 750 Grad Celsius reagierte – unterstützt durch den Nickelkatalysator – je ein Molekül Methan und CO₂ erst zu zwei Molekülen Wasserstoff und einem Kohlenmonoxidmolekül. In einer darauf folgenden Redoxreaktion an Eisen- und Calciumoxid konnten aber noch zwei weitere CO₂ -Moleküle zu Kohlenmonoxid reduziert werden. Der Wasserstoff wurde dabei in Wassermolekülen gebunden.

Diese Katalysereaktion hat ein großes Potenzial, die wirtschaftliche Nutzung des Treibhausgases Kohlendioxid weiter voranzutreiben. Mit dem günstigen Metall Nickel als Katalysator kann zudem auf den Einsatz teurer Edelmetalle verzichtet werden. In weiteren Arbeitsschritten muss nun überprüft werden, ob dieser Prozess auch im größeren Maßstab mit möglichst hoher Effizienz ablaufen kann. Danach könnte eine Pilotanlage für die Produktion von Synthesegas aus Kohlendioxid entstehen.