30.08.2022 - Dalian Institute of Chemical Physics

Direkte Umwandlung von Kohlendioxid in Grundchemikalien und flüssige Kraftstoffe

Die hocheffiziente Nutzung von CO2 erleichtert die Verringerung der CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre und damit die Abschwächung des Treibhauseffekts. Die chemische Nutzung von CO2, d. h. die Umwandlung von CO2 in hochwertige Chemikalien und flüssige Brennstoffe, hat einen deutlichen und direkten Effekt auf die Reduzierung der CO2-Emissionen und kann die Energiekrise wirksam lindern. Unter Verwendung von erneuerbarem H2 aus der H2O-Elektrolysekann die direkte Umwandlung von CO2 in Grundchemikalien und flüssige Brennstoffe mittels heterogener Katalyse nicht nur das Problem der Wasserstoffspeicherung und des Wasserstofftransports lösen, sondern auch die übermäßige Abhängigkeit von fossilen Ressourcen verringern.

Kürzlich berichtete ein Team unter der Leitung von Prof. Yuhan Sun und Gao Peng vom Shanghai Advanced Research Institute (SARI) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften über die jüngsten Bemühungen ihrer Gruppe zur Entwicklung leistungsfähiger heterogener Katalysatoren für die Umwandlung von CO2 und H2 zur Herstellung von Grundchemikalien (Methanol, niedere Olefine, Aromaten) und von Kohlenwasserstoffen mit spezifischer Reichweite (Benzin und Düsentreibstoff) mit potenziellen industriellen Anwendungen.

Unter den Grundchemikalien ist Methanol eines der praktisch wichtigsten chemischen Zwischenprodukte, und die katalytische Hydrierung von CO2 zur Synthese von Methanol wurde eingehend untersucht. In dieser Studie hat das Team einen Katalysator auf Cu-Basis für die Hydrierung von CO2 zu Methanol entwickelt, der eine hohe Stabilität, Produktselektivität und katalytische Aktivität aufweist. Im Jahr 2020 nutzten sie diesen Katalysator weiter und arbeiteten mit CNOOC Fudao Ltd. und China Chengda Engineering Co. Ltd. zusammen, um eine industrielle Demonstration der CO2-Hydrierung zu Methanol mit einer Kapazität von 5000 Tonnen/Jahr für ca. 2400 Stunden durchzuführen, wobei die CO2-Gesamtumwandlung mehr als 95% und die Methanolselektivität mehr als 97% betrug.

In der Zwischenzeit konzentrierte sich die Gruppe auch auf die Hydrierung von CO2 zu niederen Olefinen, Aromaten, Kohlenwasserstoffen im Benzin- und Düsenkraftstoffbereich mit potenziellen industriellen Anwendungen. Sie zeigen auch, wie man gleichzeitig eine hohe Selektivität des Zielprodukts und eine hohe Katalysatorstabilität erreichen kann, und klären die Struktur-Leistungs-Beziehung der Katalysatoren, die Beschaffenheit der aktiven Stellen der Katalysatoren und den Mechanismus der Reaktion auf, die an verschiedenen Katalysatorsystemen für die CO2-Hydrierung stattfindet.

Abschließend wurden die Herausforderungen und Zukunftsperspektiven für die CO2-Hydrierung erörtert, und der Autor schlug vor, dass die Skalierung der Herstellung von Katalysatormaterialien sowie die Entwicklung hocheffizienter Reaktoren im Mittelpunkt künftiger Studien auf diesem Gebiet stehen müssen, um eine industrielle Nutzung zu erreichen.

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