Künstliches Blatt mit Kupfernanostruktur erzeugt komplexe Kohlenwasserstoffe
Ein von der Photosynthese inspiriertes System soll zur Herstellung von synthetischen Treibstoffen eingesetzt werden. Es liefert zudem wertvolle Beiprodukte.
(Bild: Virgil Andrei)
Kohlenwasserstoffe für synthetische Kraftstoffe: Ein britisch-amerikanisches Team hat ein künstliches Blatt entwickelt, das Kohlendioxid mithilfe von Sonnenlicht in komplexere Kohlenwasserstoffe verwandelt.
Das System basiert auf früheren Arbeiten mit künstlichen Blättern der Forscher aus Cambridge, die aus Kohlendioxid und Wasser Synthesegas erzeugten. "Wir wollten über die einfache Kohlendioxid-Reduktion hinausgehen und komplexere Kohlenwasserstoffe herstellen, aber das erfordert wesentlich mehr Energie", sagte Virgil Andrei.
Diese Energie liefert eine Perowskit-Solarzelle. Als Katalysator nutzen die Forscher Nanoblüten aus Kupfer. Diese ermöglichten die Herstellung von Molekülen mit zwei Kohlenstoffatomen, wie Ethan und Ethylen. Andere Metallkatalysatoren könnten Kohlendioxid nur in Molekülen mit einem Kohlenstoffatom umwandeln.
Glycerin verbessert die Effizienz
Um die Effizienz des Systems zu verbessern, haben die Forscher das Wasser durch Glycerin ersetzt, das von Elektroden aus Silizium-Nanodraht oxidiert wird. Damit sei das System 200-mal effizienter als eines, das Wasser nutzt. Zudem entstehen dabei Beiprodukte wie Glycerinsäure oder Laktat, die wiederum in der Kosmetik- oder pharmazeutischen Industrie eingesetzt werden.
Glycerin werden normalerweise als Abfallprodukt angesehen, sagte Andrei. "Aber hier spielt es eine wichtige Rolle, indem es die Reaktionsgeschwindigkeit verbessert." Das bedeute, dass sich das System für verschiedene Anwendungen nutzen lasse. "Indem wir die Oberfläche des Katalysators sorgsam gestalten, können wir beeinflussen, welche Produkte wir erzeugen".
Ethan und Ethylen sind wichtige Grundstoffe in der chemischen Industrie, etwa für die Herstellung von synthetischen Treibstoffen oder von Kunststoffen. Sie werden derzeit hauptsächlich aus fossilen Quellen gewonnen. Die Photoelektrochemie (PEC) könne eine nachhaltige Alternative zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus kleinen Bausteinen wie Kohlendioxid oder Wasser sein, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Catalysis
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Die Effizienz des Systems liegt derzeit erst bei zehn Prozent. Das Team ist aber optimistisch, dass hier noch Verbesserungen möglich sind.
(wpl)
