Japan hat die CO2-Neutralität bis 2050 als Regierungsziel erklärt, um die Netto-Treibhausgasemissionen bis 2050 auf Null zu reduzieren. Um die CO2-Emissionen erheblich zu reduzieren, ist es wichtig, die CO2-Emissionen nicht nur durch bestehende Prozesse zu kontrollieren, sondern auch innovative Prozesse zu entwickeln Nutzung von CO2 als Ressource für die Produktion von Kraftstoffen und Chemikalien. Kern dieser Bemühungen ist die Technologie zur Herstellung von Syngas, einem Gasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, aus CO2.
Syngas wird durch eine umgekehrte Wassergasreaktion (CO2+H2→CO+H2O) hergestellt, die CO2 durch Reaktion mit Wasserstoff zu Kohlenmonoxid reduziert. Ein hochaktives Übergangsmetall wie Platin, Rhodium, Nickel oder Kupfer wurde als Katalysatorkomponente für notwendig erachtet, um diese Reaktion zu erleichtern.
Vor dem Reaktionsbetrieb waren die energie- und kostenintensiven Prozesse notwendig, um CO2 durch ein chemisches Absorptionsverfahren abzutrennen und zurückzugewinnen und es anschließend zu nahezu 100 % zu reinigen. Eine innovative Technologie, die Synthesegas ohne diese Prozesse direkt aus CO2 in niedriger Konzentration herstellen kann, muss entwickelt werden. In letzter Zeit haben Materialien mit doppelter Funktion Aufmerksamkeit erregt, um eine integrierte CO2-Abscheidung und -Umwandlung zu ermöglichen.
In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Delft entwickelten Forscher des AIST eine Technologie zur direkten Herstellung von Synthesegas, das ein äußerst vielseitiger Rohstoff für Kraftstoffe und Chemikalien ist. Diese Technologie kann CO2 in Abgasen von Kraftwerken und Industriezweigen (~20 %) sowie das atmosphärische CO2 in niedriger Konzentration (400 ppm; 0,04 %) zur Herstellung von Synthesegas nutzen.
Diese Technologie kann Synthesegas, eine Gasmischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, direkt erzeugen, indem die Materialien mit zwei Funktionen verwendet werden, um CO2 in niedriger Konzentration mit Wasserstoff aus erneuerbarer Energie ohne Trennungs- und Reinigungsverfahren umzusetzen. Während die herkömmliche Reaktion zur Reduktion von CO2 zu Kohlenmonoxid einen Katalysator unter Verwendung eines Übergangsmetalls erforderte, verwendet diese Technologie das übergangsmetallfreie Material mit zwei Funktionen, das eine einfache Zusammensetzung mit Alkali- oder Erdalkalimetallen wie Natrium hat.
Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren entsteht bei dieser Technologie kaum unumgesetztes CO2. Darüber hinaus wird erwartet, dass ein entscheidender Faktor bei der Synthesegasproduktion, nämlich das H2/CO-Verhältnis, durch unterschiedliche Betriebsbedingungen wie die Wasserstoffdurchflussrate steuerbar ist.
Die Arbeit erscheint im Zeitschrift für CO2-Nutzung.
Mehr Informationen:
Tomone Sasayama et al, Integrierte CO2-Abscheidung und selektive Umwandlung in Synthesegas unter Verwendung von übergangsmetallfreiem Na/Al2O3-Doppelfunktionsmaterial, Zeitschrift für CO2-Nutzung (2022). DOI: 10.1016/j.jcou.2022.102049