Klimawandel

Neue Nutzungsformen für Kohlenstoffdioxid

Waldrodung im tropischen Regenwald CO2
Durch Rodungen großer Waldflächen wird weniger CO2 gebunden. Das trägt zum Kilmwandel bei. Foto: whitcomberd / fotolia.com
Anzeige

Sie hat zur Zeit nicht gerade den besten Ruf: Die chemische Verbindung Kohlenstoffdioxid (CO2). Die Allgemeinheit kennt CO2 als Treibhausgas in der Atmosphäre und wegen seines klimaerwärmenden Effekts. Allerdings kann Kohlendioxid auch ein nützlicher Ausgangsstoff für chemische Reaktionen sein.

Über eine solche ungewöhnliche Einsatzmöglichkeit berichtet nun eine Arbeitsgruppe des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in der Fachzeitschrift ChemSusChem. Sie nutzt Kohlendioxid als Ausgangstoff, um das derzeit sehr intensiv untersuchte Technologiematerial Graphen herzustellen.

Die Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle und Erdöl liefert Energie für Strom, Wärme und Mobilität. Allerdings führt dieser Vorgang auch dazu, dass die Kohlenstoffdioxidmenge in der Atmosphäre ansteigt – und sich so das Klima erwärmt. Anreiz genug für Wissenschaftler, diese Kausalkatte zu durchtrennen. Es wird also fieberhaft nach alternativen Energieträgern gesucht, aber auch nach neuen Nutzungsformen für Kohlendioxid. Das KIT versucht, CO2 als günstigen Ausgangsstoff für die Synthese von Wertstoffen zu sehen. Wissenschaftler wollen jetzt das Kohlenstoffdioxid – unter Umständen sogar gewinnbringend – in den wirtschaftliche Verwertungskreislauf wiedereinführen.

Dabei ist die Natur Vorbild: Bei der Fotosynthese in den Blättern von Pflanzen entsteht aus Licht, Wasser und Kohlenstoffdioxid wieder Biomasse – und der natürliche Stoffkreislauf ist geschlossen. In dem Prozess ist es die Aufgabe des metallbasierten Enzyms RuBisCo, das Kohlendioxid aus der Luft aufzunehmen und für die weiteren chemischen Reaktionen in der Pflanze nutzbar zu machen. Von dieser metallenzymbasierten natürlichen Umwandlung inspiriert stellen nun Forscher am KIT einen Prozess vor, in dem Kohlenstoffdioxid zusammen mit Wasserstoff mit Hilfe von speziell präparierten, katalytisch aktiven Metalloberflächen bei Temperaturen bis zu 1000 Grad Celsius direkt in das Technologiematerial Graphen überführt wird.

Graphen Symbolgrafik
Kohlendioxid (rot-schwarz) und Wasserstoff (grau) reagieren auf Kupfer-Palladium Oberflächen katalytisch zum Technologiematerial Graphen (schwarz). Abbildung: E. Moreno-Pineda, KIT

Graphen kommt auch für Elektronikbauteile in Frage

Graphen ist die zweidimensionale Form des chemischen Elementes Kohlenstoff, welches interessante elektrische Eigenschaften aufweist. Aus diesem Grund kommt es für zukünftige, neuartige Elektronikbauteile in Frage. Seine Entdeckung und im Jahr 2004 führte zu weltweiter, intensiver Forschung und brachte den Entdeckern Andre Geim und Konstanin Novoselov 2010 den Nobelpreis für Physik ein. Die beiden nahmen das Graphen händisch per Klebeband von einem Block Graphit ab.

Eine Zusammenarbeit mehrerer Arbeitsgruppen am KIT stellt nun in der Fachzeitschrift ChemSusChem eine Methode vor, Graphen mittels einem Metal-Katalysator aus Kohlendioxid und Wasserstoff abzuscheiden. „Wenn die Metalloberfläche das richtige Verhältnis von Kupfer und Palladium aufweist, findet die Umwandlung von Kohlendioxid zu Graphen direkt in einem einfachen einstufigen Prozess statt“, erklärt der Leiter der Studie, Professor Mario Ruben, vom Arbeitskreis Molekulare Materialien am Institut für Nanotechnologie (INT) und am Institut für Anorganische Chemie (AOC) des KIT. In weiteren Experimenten gelang es den Forschern sogar, das Graphen mit mehreren Schichten Dicke herzustellen, wie es für mögliche Anwendungen in Batterien, elektronischen Bauteilen oder Filtermaterialien interessant sein könnte. Das nächste Forschungsziel der Arbeitsgruppe ist es nun, aus dem gewonnen Graphen funktionierende elektronische Bauteile zu formen. Kohlenstoffmaterialien wie Graphen und magnetische Moleküle könnten die Bausteine für zukünftige Quantencomputer sein, die schnelle und energieeffiziente Berechnungen ermöglichen, aber nicht auf der binären Logik heutiger Computer fußen. (wag)

Ebenfalls interessant:

So treffen Neuronale Netze Entscheidungen

Anzeige

Smarte Maschinen im Einsatz

Konferenz „Smarte Maschinen im Einsatz – Künstliche Intelligenz in Unternehmen“ am 15. Oktober 2019

Konradin Industrie

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Aktuelle Whitepaper aus der Industrie

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de