CO2, Wasser und Sonnenlicht helfen bei Methanherstellung

Einem US-Forscherteam ist es gelungen, bei Sonnenlicht mit Hilfe von katalytischen Nanoröhrchen aus Wasser und CO2 Methan herzustellen. Nach Angaben im Wissenschaftsmagazin Nature sei dieser Vorgang 20 Mal schneller gewesen als bisherige Versuche. Die Materialforscher um Craig Grimes von der Pennsylvania State University haben als Katalysator Titandioxid-Nanoröhrchen entwickelt.

Die Forscher haben geringe Mengen von Stickstoff in die Nanoröhrchen gegeben und luden Kupfer- und Platin-Nanopartikel auf ihre Oberflächen. „Allein funktioniert Titan als Katalysator bei der Bestrahlung von UV-Licht am besten. Will man das ganze allerdings mit normalem Sonnenlicht durchführen, ist es besser Stickstoff und Kupfer hinzuzufügen, um die Reaktion zu beschleunigen“, erklärt der Experte. Die Reaktion selbst geschieht ebenso in den Nanoröhrchen, die innen hohl sind und die eine große Oberfläche haben.

In einem Freilandversuch am Universitätscampus hatten die Forscher Stahlrohre mit Kohlendioxid und Wasserdampf gefüllt, an einem Ende ein Quarzglasfenster eingebaut und die Kammern mit einem dünnen Film aus den Nanoröhrchen beschichtet. Anschließend wurden die Röhrchen an sonnigen Tagen vom Juli bis September 2008 ins Freie gestellt. „Wenn das Sonnenlicht auf die Nanoröhrchen fällt, entlassen diese energetische Ladungen, die das Wasser in seine zwei Bestandteile aufteilt“, berichten die Forscher.

Die Wasserstoffionen verbinden sich zu Wasserstoffgas. Was danach genau geschieht, haben die Wissenschaftler nicht ganz verstanden. Sie nehmen jedoch an, dass das CO2 in Sauerstoff und Kohlenmonoxid gespalten wird, das dann mit dem gasförmigen Wasserstoff reagiert. Daraus entsteht dann Methan und Wasser. Mit den Geräten konnten rund 160 Mikroliter der Kohlenwasserstoffe pro Stunde und pro Gramm Nanoröhrchen hergestellt werden.

Der Chemiker Michael Grätzel von der Ecole polytechnique federale in Lausanne beurteilt die Studien von Grimes als fundamentale Schritte in der Verbesserung der Effizienz durch die Nanoröhrchen. Obwohl die Effizienz des Katalysators immer noch sehr gering sei, zeigt sich Grätzel überzeugt davon, dass weitere Arbeiten diese steigern könnten. Auch der Elektrochemiker John Turner vom National Reneweable Energy Laboratory in Golden, Colorado äußert sich begeistert, obwohl es bessere Möglichkeiten gebe, CO2 zu nutzen.

Kommerzielle Prozesse, die CO2 zur Gas-Herstellung nutzen, gibt es bereits: Synthesegas (Syngas – ein Gemisch aus CO und H2) kann aus Erdgas, Kohle und Erdöl gewonnen werden. Es findet Verwendung zur Herstellung wichtiger Chemikalien wie etwa Wasserstoff, Ammoniak, Methanol oder Aldehyde und für synthetische Kraftstoffe. Der steigende Bedarf an diesen Basischemikalien und vor allem an Kraftstoffen macht nachwachsende Rohstoffe als potenzielle Quelle für Syngas interessant.