12. Aug 2019

Die ETH Zürich und Total haben die Technologie gemeinsam zum Patent angemeldet. Total plant, die Methode hochzuskalieren und sie in den kommenden Jahren in einer Demonstrationsanlage umzusetzen. ©Bild: ETH Zürich/Matthias Frei

Nachhaltiges Methanol: Technologie mit Katalysator auf Basis von Indiumoxid kurz vor Marktreife?

(PM) Wissenschaftler der ETH Zürich haben zusammen mit dem französischen Mineralöl-Unternehmen Total eine neue Technologie entwickelt, mit der man Methanol effizient direkt aus CO2 und Wasserstoff herstellen kann. Methanol gilt als Grundchemikalie. Es ist möglich, daraus Treibstoffe und eine grosse Bandbreite an chemischen Produkten herzustellen, darunter auch solche, die heute auf fossilen Rohstoffen basieren. Ausserdem hat Methanol das Potenzial, selbst als Treibstoff zu dienen, zum Beispiel in Methanol-Brennstoffzellen.


Kern des neuen Ansatzes ist ein chemischer Katalysator auf der Basis von Indiumoxid, den das Team unter der Leitung von Javier Pérez-Ramírez, Professor für Katalyse-Engineering an der ETH Zürich, entwickelt hat. Dass sich Indiumoxid eignet, um die entsprechende chemische Reaktion zu katalysieren, hat das Team bereits vor wenigen Jahren experimentell zeigen können. Vielversprechend war, dass bei Verwendung dieses Katalysators praktisch nur Methanol und, mit Ausnahme von Wasser, fast keine Nebenprodukte entstehen. Zudem erwies sich der Katalysator als sehr stabil. Allerdings war Indiumoxid als Katalysator nicht ausreichend aktiv. Das heisst, es werden davon grosse Mengen gebraucht, weshalb sich damit keine wirtschaftlich rentable Anlage betreiben lässt.

Nanotechnologie
Den Wissenschaftlern ist es nun gelungen, die Aktivität des Katalysators markant zu erhöhen, ohne dessen Selektivität und Stabilität zu beeinträchtigen. Sie versetzten dazu das Indiumoxid mit einer geringen Menge Palladium. «Genauer gesagt führen wir einzelne Palladium-Atome ins Kristallgitter des Indiumoxids ein, welche weitere Palladium-Atome an dessen Oberfläche verankern und damit Cluster bilden, welche wichtig sind für die Leistung des Katalysators», erklärt Cecilia Mondelli, Wissenschaftlerin in Pérez-Ramírez’ Gruppe. Man könne somit von Nanotechnologie sprechen, ergänzt Pérez-Ramírez. Die Arbeit zeige beispielhaft, dass die chemische Katalyse durch theoretische Überlegungen und den Einsatz von moderner Analytik eine Nanotechnologie geworden sei.

Geschlossener Kohlenstoffkreislauf
«Heute wird Methanol industriell ausschliesslich aus fossilen Energiequellen gewonnen, mit einem entsprechend hohen CO2-Fussabdruck», sagt der ETH-Professor. «Mit unserer Technik benutzen wir CO2 zur Herstellung von Methanol.» Dieses CO2 kann aus der Luft gewonnen werden oder – was einfacher und effizienter ist – aus der Abluft von Verbrennungskraftwerken. Auch wenn aus dem Methanol Treibstoffe synthetisiert werden, die man später verbrennt, wird das CO2 rezykliert und der Kohlenstoffkreislauf damit geschlossen.

Zur Herstellung des zweiten Ausgangsstoffes, Wasserstoff, wird Elektrizität benötigt. Stamme diese aus erneuerbaren Quellen wie Wind, Sonne oder Wasserkraft, liessen sich damit nachhaltiges Methanol und somit nachhaltige Chemikalien und Flüssigtreibstoffe herstellen, wie die Wissenschaftler betonen. Gegenüber anderen Ansätzen, die derzeit verfolgt werden um grüne Treibstoffe herzustellen, habe diese Methode den Vorteil, dass sie nahe an der Marktreife sei, so Pérez-Ramírez. Die ETH Zürich und Total haben die Technologie gemeinsam zum Patent angemeldet. Total plant, die Methode hochzuskalieren und sie möglicherweise in den kommenden Jahren in einer Demonstrationsanlage umzusetzen.

Literaturhinweis
Frei MS, Mondelli C, Garcia-Muelas R, Kley KS, Puértolas B, López N, Safonova O, Stewart JA, Curulla Ferré D, Pérez-Ramírez J: Atomic-scale engineering of indium oxide promotion by palladium for methanol production via CO2 hydrogenation. Nature Communications, 29. Juli 2019, doi: 10.1038/s41467-019-11349-9

Text: ETH Zürich

1 Kommentare
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Max Blatter @ 16. Aug 2019 09:54

Wasserstoff (aus Elektrolyse oder direkter solarer Thermolyse) ... Methan (aus Biogas- oder Power-to-Gas-Anlagen) ... Biodiesel (aus Raps- oder anderen Pflanzenölen) ... Bio-Ethanol (aus alkolholischer Vergärung pflanzlicher Abfälle) ... Methanol (aus Power-to-Liquid-Prozessen) ... die Batterien nicht zu vergessen: Der Wettbewerb "The World's Best Renewable Energy Carrier" ist in vollem Gang! Gut so; das Ganze düfte ruhig etwas mehr Medienpräsenz erfahren.

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