Kohlenstoff in der Atmosphäre ist ein Haupttreiber des Klimawandels. Forscher der McGill University haben nun einen neuen Katalysator entwickelt, der Kohlendioxid (CO2) in Methan – eine sauberere Energiequelle – umwandelt. Dabei kommen winzige Kupferpartikel zum Einsatz, sogenannte Nanocluster. Während bei der herkömmlichen Methode zur Methangewinnung aus fossilen Brennstoffen mehr CO2 in die Atmosphäre gelangt, ist dies bei dem neuen Verfahren, der Elektrokatalyse, nicht der Fall.
„An sonnigen Tagen kann man Sonnenenergie nutzen, oder an windigen Tagen kann man den Wind nutzen, um erneuerbaren Strom zu erzeugen. Sobald man den Strom aber erzeugt, muss man ihn auch nutzen“, sagt Mahdi Salehi, Doktorand am Electrocatalysis Lab der McGill University. „In unserem Fall können wir diesen erneuerbaren, aber unregelmäßigen Strom nutzen, um die Energie in Chemikalien wie Methan zu speichern.“
Durch die Verwendung von Kupfernanoclustern, sagt Salehi, kann Kohlendioxid aus der Atmosphäre in Methan umgewandelt werden. Sobald das Methan verwendet wird, kann das freigesetzte Kohlendioxid aufgefangen und wieder in Methan „recycelt“ werden. Dadurch würde ein geschlossener „Kohlenstoffkreislauf“ entstehen, der kein neues Kohlendioxid in die Atmosphäre ausstößt. Die Forschung, veröffentlicht vor kurzem in der Zeitschrift Angewandte Katalyse B: Umwelt und Energiewurde durch die Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan (USask) ermöglicht.
„In unseren Simulationen verwendeten wir Kupferkatalysatoren unterschiedlicher Größe, von kleinen mit nur 19 Atomen bis hin zu größeren mit 1000 Atomen“, sagt Salehi. „Anschließend testeten wir sie im Labor und konzentrierten uns dabei darauf, wie die Größe der Cluster den Reaktionsmechanismus beeinflusst.“
Bildnachweis: Canadian Light Source
„Unsere wichtigste Entdeckung war, dass extrem kleine Kupfernanocluster sehr effektiv Methan produzieren“, fährt Salehi fort. „Das war eine bedeutende Entdeckung, die darauf hindeutet, dass Größe und Struktur der Kupfernanocluster eine entscheidende Rolle für den Ausgang der Reaktion spielen.“
Das Team plant, seinen Katalysator weiter zu verfeinern, um ihn effizienter zu machen und seine großtechnische, industrielle Anwendung zu untersuchen. Sie hoffen, dass ihre Erkenntnisse neue Wege zur Erzeugung sauberer, nachhaltiger Energie eröffnen.
Mehr Informationen:
Mahdi Salehi et al, Kupfernanocluster: Selektive Umwandlung von CO2 in Methan über 1 A/cm², Angewandte Katalyse B: Umwelt und Energie (2024). DOI: 10.1016/j.apcatb.2024.124061