Umwandlung von CO2 bietet neue Möglichkeiten dank EU-Förderprojekt
Da das EU-finanzierte Projekt ELCAT (Electrocatalytic gas-phase conversion of CO2 in confined catalysts) kurz vor seinem Abschluss steht, zogen die Projektpartner auf einer abschließenden Konferenz in Brüssel noch einmal Bilanz: Man kam zu dem Ergebnis, dass es möglich ist, gasförmiges Kohlenstoffdioxid in einem Katalysatorprozess zu flüssigen Kohlenwasserstoffen und Äthanolen zu recyceln. Weitere Forschungen wären jedoch erforderlich, bevor die Technologie ausgereift sei, so erklärten sie. Das ELCAT-Projekt wurde mit 85.000 Euro im Rahmen der thematischen Priorität "Künftiger Wissenschafts- und Technologiebedarf (NEST)" des Sechsten Rahmenforschungsprogramms (RP6) gefördert. Die Idee dazu entstand, als Forscher an der italienischen Universität von Messina eine elektrokatalytische Reaktion bei Raumtemperatur und unter normalem atmosphärischem Druck beobachteten: Als erstes wurde Kohlendioxid in Mikroporen aus Kohlenstoff eingeschlossen, dann flossen die Elektronen und Protonen zu einem aktiven Katalysator in Form eines Edelmetall-Nanoclusters und das gasförmige Kohlendioxid wurde zu Kohlenwasserstoffverbindungen und Äthanolen reduziert. Die entstandenen Reaktionsprodukte ähnelten auffällig denen des Fischer-Tropsch(FT)-Prozesses, bei dem es sich um eine katalysierte chemische Reaktion handelt, bei der Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Kohlenwasserstoffketten umgewandelt werden. Seit einiger Zeit untersucht man, ob sich der FT-Prozess möglicherweise als Lieferant für Kraft- und Rohstoffe eignet. Mit einem Prozess, der FT-ähnliche Produkte in ausreichenden Mengen (was in einem FT-Prozess problematisch ist) bei Raumtemperatur und normalem atmosphärischem Druck herstellt, könnte man Kohlendioxid beträchtlich reduzieren und außerdem eine neue Rohstoffquelle erschließen. Die neue Katalysatorreaktion brachte jedoch wieder Probleme mit sich, wie z.B. eine schnelle Deaktivierung des Katalysators und geringe Produktivität. Darüber hinaus handelt es sich dabei um eine Elektrokatalysator-Reaktion von gasförmigen Stoffen, die Wissenschaftler bislang noch nicht näher erforscht haben, weil man sich bis jetzt hauptsächlich mit flüssigen Zuständen beschäftigte. Während man durch den Wechsel von Flüssigkeit zu Gas Probleme wie eingeschränkte Diffusion und Produktivität umgehen könnte, stehen die Wissenschaftler von ELCAT neuen Herausforderungen gegenüber, wie der frühere Projektkoordinator Gabriele Centi von der Universität von Messina im Interview mit CORDIS Nachrichten erklärte: "Man muss die Art der Struktur bzw. der Elektrode ändern, da veränderte Bedingungen herrschen." Allerdings eröffnete dies neue Möglichkeiten der Leistungssteigerung und ermöglichte beispielsweise die Produktion von Wasserstoff durch kontrollierte Hydrolyse des Systems. Außerdem "gibt es bei der gasförmigen Elektrokatalyse praktisch keinerlei Temperaturbeschränkungen," fügte Centi hinzu, "was in der flüssigen Phase sehr wohl der Fall ist, es sei denn, man arbeitet mit Druck und verursacht damit wiederum zusätzliche Kosten. Mit dem Wechsel in die Gasphase eröffnen sich tatsächlich neue Möglichkeiten." In den vergangenen dreieinhalb Jahren beschäftigten sich die Forscher von ELCAT nicht nur mit solchen Problemen, sondern auch mit der Herstellung geeigneter Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes - CNT). Die Projektpartner haben beschlossen, auch nach Abschluss des ELCAT-Projekts Ende Februar ihre Forschungen weiterzuführen. Nach ihren Einschätzungen könnte innerhalb von ungefähr 10 Jahren die Umwandlung von gasförmigem Kohlendioxid so ausgereift sein, dass der weltweite CO2-Ausstoß um 5% gesenkt werden und die Technologie komplementär zu anderen Strategien eingesetzt werden könnte. "Die Speicherung von Kohlendioxid ist aufgrund räumlicher Einschränkungen problematisch, und in diesem Fall versuchen wir, das Treibhausgas direkt in Kraftstoff umzuwandeln", sagt Siglinda Perathoner von der Universität Messina und derzeitige Projektkoordinatorin des ELCAT-Projekts. "Deshalb ist es eine komplementäre Technologie. Allerdings denke ich, dass Umwandlung viel besser ist als Speicherung." Gabriele Centi und Siglinda Perathoner hoffen jetzt, nachdem das Projekt die Machbarkeit der Technologie belegte, dass andere Interessenten auf den Zug aufspringen und die Entwicklung weiter voranbringen werden. Die Industrie hätte bereits erstes Interesse angemeldet, so Gabriele Centi. "Bis jetzt wurde Kohlendioxid ausschließlich als negative Problematik betrachtet, da es nun aber als Rohstoff fungieren könnte, wächst das Interesse", sagte er. "Denn die Möglichkeit, CO2 in chemische Stoffe umzuwandeln, die in sämtliche chemische Kreisläufe eingespeist oder als Kraftstoff verwendet werden könnten, eröffnet völlig neue Perspektiven." Andere Interessenten sind offensichtlich auf das Projekt aufmerksam geworden, als es bei einem Wettbewerb um die besten Ideen zur Verringerung des Treibhauseffekts vorgestellt wurde. Der mit 25 Millionen Dollar dotierte Umweltpreis wurde vom früheren US-amerikanischen Vizepräsidenten und Nobelpreisträger Al Gore und dem britischen Unternehmer Richard Branson ausgeschrieben. "Ich denke, es gibt durchaus andere Projekte, die näher an der Umsetzung sind", sagte Centi. "Und sicher wartet noch eine Menge Arbeit auf uns. Aber es ist auch interessant, von anderen Leuten zu hören, dass dieses Vorhaben auf die Tagesordnung gehört." Die Projektpartner sind auf jeden Fall sehr zufrieden mit dem Ergebnis des Projekts, wie auch Dr. Monique Smaihi von der Generaldirektion Forschung der Europäischen Kommission und wissenschaftliche Leiterin des ELCAT-Projekts bestätigt. "Die Partner mussten mit ihren Forschungen bei Null beginnen und viele unvorhergesehene Probleme bewältigen," sagte sie. "Es sind noch weitere Arbeitsschritte erforderlich, da viele Probleme ungelöst blieben, aber die Ergebnisse - besonders im Hinblick auf die Vielseitigkeit der Technologie - waren äußerst vielversprechend", fügte sie abschließend hinzu.