Neuer Katalysator: So könnten sich Millionen Tonnen CO2 in Kunststoff verwandeln

Neuer Katalysator: So könnten sich Millionen Tonnen CO2 in Kunststoff verwandeln

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Sie forschen an neuen Katalysatoren, die Kohlendioxid umwandeln: Hemma Mistry (links) und Beatriz Roldan Cuenya. (Foto: RUB, Kramer)

von Wolfgang Kempkens

Forscher aus Bochum und Berlin haben Ethylen aus Kohlendioxid und Wasser gewonnen - eine Möglichkeit, künftig etwa erdöl-freie Folien herzustellen.

Power-to-Gas bekommt Konkurrenz: Bislang galt es als absolute Zukunftstechnologie, aus Strom, Wasser und CO2 das Gas Methan herzustellen. Gerade CO2 gibt es in der Atmosphäre mehr als genug, schließlich ist das Klimagas mit für den Treibhauseffekt und damit für ungewünschte Klimaveränderungen verantwortlich.

Könnte dieses Kohlendioxid bald noch begehrter werden? Berliner Wissenschaftler haben nämlich herausgefunden, dass es zu Kunststoff verarbeitet werden könnte - und zwar im Viele-Millionen-Tonnen-Maßstab.

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Die Forscher produzieren – zunächst im Labormaßstab – Ethen (besser bekannt als Ethylen) aus Kohlendioxid und Wasser. Während der Power-to-Gas-Prozess bei hohen Temperaturen und Druck abläuft, begnügt sich die Ethen-Synthese mit Zimmertemperatur und einem Druck von nur einem bar - so viel hat ein platter Fahrradreifen. Noch ein Vorteil: "Die Technologie ist vor allem zur Integration von Erneuerbaren Energien gedacht, ohne dass reiner Wasserstoff zwischenproduziert oder -gelagert werden muss", sagt Peter Strasser Chemieprofessor an der Technischen Universität Berlin.

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Denn den Erneuerbaren kommt auch bei Power-to-Gas eine wichtige Rolle zu: Das Gas kann nur produziert werden, wenn der Strom ziemlich billig ist, ihn niemand anderes braucht. Das ist bei Wind und Sonne ja durchaus möglich.

Backen im Plasma-Ofen

Die Schlüsselkomponente, ein Katalysator, ist an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) entwickelt worden. Professor Beatriz Roldan Cuenya vom RUB-Institut für Experimentalphysik IV und ihre Doktorandin Hemma Mistry haben die Oberfläche einer Kupferfolie so modifiziert, dass sie die Reaktion nicht nur massiv beschleunigt. Sie sorgt zudem dafür, dass kaum unerwünschte Nebenprodukte entstehen.

Das Kunststück gelang in einem Plasma-Ofen. Darin befanden sich Sauer- und Wasserstoff. Ein elektrisches Feld spaltete einen Teil der Elektronen ab. Diese elektrisch negativ geladenen Teilchen und die positiv geladenen Atomkerne bilden das Plasma. Es greift die Oberfläche von Bauteilen an, die es umwabert. Mit diesem Verfahren werden beispielsweise Kunststoffteile von Autos vorbehandelt, damit der Lack besser hält.
Im Fall der Kupferfolie raut das Plasma die Oberfläche auf. Außerdem oxidierte sie teilweise. Strasser steckte sie in einen mit Wasser gefüllten Behälter, das mit Kohlensäure angereichert war. Ihr gegenüber ordnete er eine Nickelelektrode an. Zwischen ihnen baute er eine Gleichspannung von wenigen Volt auf. Der Effekt war enorm. An der Kupferelektrode sprudelte Ethen empor, an der Nickelelektrode Sauerstoff. Spätere Anlagen sollen vorzugsweise mit überschüssigem Wind- und Solarstrom versorgt werden, der nichts oder kaum etwas kostet. "Es fallen also nur die Investitionskosten für die Anlage an", verspricht Strasser.
Ethen ist Ausgangsstoff für die Herstellung mehrerer Kunststoffarten. Es wird heute aus Erdgas und dem Erdölprodukt Leichtbenzin (Naphta) hergestellt. 2010 waren es weltweit 142 Millionen Tonnen. Kohlendioxid wird bereits in kleinen Mengen als Chemierohstoff genutzt, etwa von Covestro in Dormagen (wir berichteten). Dort wird Schaumstoff unter Kohlendioxid-Zugabe hergestellt. BASF testet derzeit ein Verfahren zur Herstellung des Kunststoffs Polycarbonat aus dem Klimagas. Und das junge amerikanische Chemieunternehmen Novomer hat einen Katalysator entwickelt, der ähnlich effektiv sein soll wie der der Forscher aus Bochum.

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