Die Suche nach alternativen Treibstoffquellen zur Substitution fossiler Brennstoffe wird die Menschheit noch so lange beschäftigen, bis wir einen sinnvollen Ersatz für Verbrennungsmotoren und die Verwendung solcher Treibstoffe gefunden haben. Ein neuer Ansatz von der Rice University: Forscher entwickelten eine Methode, um mit Hilfe des Wundermaterials Graphen CO² in flüssigen Treibstoff zu verwandeln. Dabei kommen mit Stickstoff versetzte Graphen-Quantenpunkte (NGQDs) als Katalysator zum Einsatz.


Bild: Ajayan Group/Rice University
Bild: Ajayan Group/Rice University

CO²-Reduktion gegen den Klimawandel

Dank der Graphen-Quantenpunkte entsteht aus dem CO² Ethylen und Ethanol. Die Stabilität und Effizienz der Quantenpunkte ähnelt dabei üblicheren Elektrokatalysatoren wie etwa Kupfer.

Interessant an der Methode ist nicht nur das Produkt, sondern auch, dass der Treibstoff aus CO² hergestellt wird. Die Reduzierung des CO² in der Atmosphäre ist eine der großen Waffen gegen den Klimawandel. Es gibt daher viele Forscher, die daran arbeiten, CO² direkt an der Quelle zu verarbeiten, sodass es nicht in die Atmosphäre gelangt. So gibt es weltweit etwa mehrere Projekte, in denen CO² in Steinform gespeichert wird.


Gleichzeitig existieren aber auch mehrere Studien, die untersuchen, wie es gelingen könnte, CO² in flüssigen Treibstoff umzuwandeln. Solch einen Ansatz verfolgten die Forscher der Rice University mit ihrer Arbeit.

Graphen-Quantenpunkte als Katalysator

Das Team fand heraus, dass Quantenpunkte aus Graphen einen erstaunlich effektiven Katalysator darstellen, wenn sie mit Stickstoff versetzt werden. Die Quantenpunkte bestehen aus Graphen, das nur ein einziges Atom dick ist. Jeder der Punkte ist ein paar Nanometer breit und komplett aus Kohlenstoff. Für sich allein genommen wären diese Quantenpunkte aus Graphen nicht in der Lage, CO² zu konvertieren. Daher fügte das Team Stickstoffatome hinzu, die eine chemische Reaktion als Antwort auf eine elektrische Spannung auslösen.

Carbon is typically not a catalyst. One of our questions is why this doping is so effective. When nitrogen is inserted into the hexagonal graphitic lattice, there are multiple positions it can take. Each of these positions, depending on where nitrogen sits, should have different catalytic activity. So it’s been a puzzle, and though people have written a lot of papers in the last five to 10 years on doped and defective carbon being catalytic, the puzzle is not really solved„, so Pulickel Ajayan, der Leiter der Studie.

Warum genau Stickstoff aus den Quantenpunkten einen so effektiven Katalysator macht, ist nicht bekannt. Dennoch sind die Ergebnisse vielversprechend. Die Quantenpunkte können den Ausstoß von CO² an einer Quelle um bis zu 90 Prozent senken und von dem „gefangenen“ CO² 45 Prozent in Ethylen und Ethanol umwandeln, das dann als Treibstoff genutzt werden kann. Die Graphen-Quantenpunkte arbeiten dabei mit der gleichen Effizienz wie Kupfer und bleiben über eine lange Weile auf diesem Effizienzlevel.

Noch weit entfernt vom kommerziellen Einsatz

It is surprising because people have tried all different kinds of catalysts,. And there are only a few real choices such as copper. I think what we found is fundamentally interesting, because it provides an efficient pathway to screen new types of catalysts to convert carbon dioxide to higher-value products„, so Ayajan weiter.

Nun ist es allgemein bekannt, dass Ergebnisse aus dem Labor sich nicht immer zu kommerziellen Anwendungsmöglichkeiten konvertieren lassen. Die Forscher weisen darauf hin, dass es noch dauern könnte, bis ihre Graphen-Quantenpunkte tatsächlich zur Anwendung kommen. Aktuell werden von der Idustrie zur Gewinnung von Treibstoffen thermische Katalysatoren anstelle von Elektrokatalysatoren genutzt. „For that reason, companies probably won’t use it any time soon for large-scale production. But electrocatalysis can be easily done in the lab, and we showed it will be useful in the development of new catalysts„, erklärt Ayajan.

Für die Zukunft möchte das Team die Menge an Stickstoffatomen erhöhen, um so unter Umständen die Effizienz von Graphen-Quantenpunkten als Katalysator zu erhöhen.

via NewAtlas.com

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