Jährlich werden weltweit 140 Millionen Tonnen Kunststoff produziert. Ausgangsmaterial ist Erdöl. Zumindest einen Teil davon könnte man einsparen. Ethylen, ein Ausgangsmaterial für den vernetzten Kunststoff Polyethylen, lässt sich auch aus Kohlendioxid herstellen, dem Klimagas, das wegen der Klimaveränderungen große Sorgen bereitet. Außerdem benötigt man Wasser und Strom, der im Sommer bei strahlend blauem Himmel im Überfluss vorhanden ist. Dann produzieren Fotovoltaikanlagen mehr als Deutschland verbrauchen kann. Ähnlich ist es vor allem im Winter, wenn kräftige Brisen die Windgeneratoren in Schwung bringen.


Foto:  Water bottle, faungg's photos, Flickr, CC BY-SA 2.0
Foto: Water bottle, faungg’s photos, Flickr, CC BY-SA 2.0

Aus wirbelnden Atomen wird Ethylen

„CO2Plus – Stoffliche Nutzung von CO2“ heißt ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Programm, das darauf abzielt, das Klimagas nicht in die Atmosphäre zu pusten, sondern als chemischen Rohstoff. Professor Peter Strasser und sein Team von der Technischen Universität Berlin, die sich mit der elektrochemischen Katalyse befassen, sind mit eEthylen dabei. Sie bauen eine Elektrolysezelle, in die ständig in Wasser gelöstes Kohlendioxid gepumpt wird, gewissermaßen also Selterswasser. Die Elektroden, zwischen denen diese Flüssigkeit hindurchrinnt, stehen unter elektrischer Spannung, die einen elektrischen Strom fließen lassen. Dieser wirbelt die Atome, aus denen die Flüssigkeit besteht, ordentlich durcheinander und lässt sie wieder zueinander finden, jetzt aber in anderer Form. Zwei Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatome vereinigen sich zu Ethylen, das heute Ethen genannt wird. Die Sauerstoffatome des Wassers verlassen die Zelle in reiner Form.

Der Kat kommt aus Bochum

Damit der Prozess abläuft ist ein Katalysator nötig, der an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) entwickelt wurde. 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 massiv beschleunigt.
Jetzt geht es darum, die Elektroden aus Nickel und Kupfer so zu modifizieren, damit die Reaktion so schnell abläuft, dass die Ethylenherstellung mit der auf Basis Erdöl kostenmäßig mithalten kann. Ebenso wie beim Katalysator, dessen Oberfläche Unebenheiten in Nanometergröße aufweist – ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter – könnten Nanostrukturen auch die Effektivität der Elektroden verbessern.


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