08.10.2021 - Kyoto University

Einfaches Verfahren zur Umwandlung von Kohlendioxid in nützliche Verbindungen

Mit der neuen Methode wird Kohlendioxid bei Raumtemperatur und ohne hohen Druck in wertvolle Chemikalien umgewandelt

Forscher in Japan haben einen energieeffizienten Weg gefunden, das wichtigste Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) in nützliche Chemikalien umzuwandeln. Bei dieser Methode wird CO2 in Strukturen umgewandelt, die als metallorganische Gerüste (MOFs) bezeichnet werden. Dies deutet auf einen neuen und einfacheren Weg zur Entsorgung des Treibhausgases hin, um die globale Erwärmung zu bekämpfen.

Die Forschungsarbeiten wurden von Wissenschaftlern des Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) der Universität Kyoto und Kollegen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

"Das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzte CO2 in wertvolle Chemikalien und Materialien umzuwandeln, ist ein vielversprechender Ansatz zum Schutz der Umwelt. Da CO2 jedoch ein sehr träges und stabiles Molekül ist, ist es schwierig, es mit herkömmlichen Umwandlungsverfahren zur Reaktion zu bringen", sagt Satoshi Horike, Chemiker am iCeMS und Leiter der Studie. "Unsere Arbeit zeigt einen einfacheren Ansatz, der bei viel niedrigeren Temperaturen und Drücken durchgeführt werden kann. Dadurch dürften Reaktionen, bei denen CO2 zum Einsatz kommt, einfacher zu realisieren und populärer werden.

Das japanische Team entschied sich für MOFs, weil diese eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten haben, unter anderem als Biosensoren und Katalysatoren. Da MOFs porös sind und große Mengen an Gas speichern können, sind sie außerdem vielversprechend als Speicher für nachhaltigen Wasserstoff.

Zur Durchführung der Reaktion ließen die Forscher CO2 bei einer Temperatur von 25 °C und einem Druck von 0,1 MPa durch eine Lösung mit einem organischen Molekül namens Piperazin sprudeln, was Chemiker als "Eintopfverfahren" bezeichnen. Das MOF bildete sich schnell als weißes mikrokristallines Pulver, das gesammelt und getrocknet werden konnte. Die Analyse seiner Struktur mittels Röntgen- und Kernspinresonanzspektroskopie bestätigte, dass die Umwandlung wie geplant stattgefunden hatte.

Die MOFs wiesen eine hohe Oberfläche auf, obwohl sie zu mehr als 30 Gewichtsprozent aus CO2 bestanden - Eigenschaften, die sie als Funktionsmaterialien für viele Anwendungen geeignet machen.

Die Forscher wollen nun prüfen, wie sie die Reaktion nutzen können, um CO2 direkt aus industriellen Abgasen umzuwandeln, wie sie beispielsweise von Kohle- und Gaskraftwerken freigesetzt werden.

"Die direkte Nutzung von CO2 ist eine Herausforderung, aber sie spart potenziell viel Energie, die für die Abscheidung und Abtrennung des Gases erforderlich ist", so Horike. "Die Emission von CO2 durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe muss zum Schutz der Umwelt reduziert und reguliert werden. Unsere Methode hier ist ein möglicher Anhaltspunkt, um zur Lösung einiger wichtiger Umweltprobleme beizutragen."

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