Anders als häufig unter Laborbedingungen macht CO2 in Abgasen oder der Atmosphäre nur einen geringen Anteil des Gasgemischs aus. Um es unter realistischen Bedingungen zu entnehmen und als Wertstoff wiederverwenden zu können, müssen Katalyseprozesse daher auch dann funktionieren, wenn die CO2-Konzentration niedrig ist.
Konkurrenzreaktionen verhindern
„Unser Problem sind die Konkurrenzreaktionen, die in einem Katalysator ablaufen“, erklärt Wolfgang Schuhmann. „Je weniger CO2-Moleküle umzusetzen sind, desto wahrscheinlicher wird es, dass statt dem gewünschten Produkt bei der Katalyse Wasserstoff entsteht.“ Passt man den Elektrolyten an und wählt eine alkalischere Lösung, um das zu verhindern, hat man ein anderes Problem: CO2 wird zu Carbonat umgewandelt und steht für gewünschte Reaktionen nicht mehr zur Verfügung.
Bis zu einem Gehalt an CO2 von 10 bis 20 Prozent wurden schon erfolgreiche Katalyseprozesse für die CO2-Reduktion beschrieben. Was aber, wenn der Gehalt noch geringer ist? „Wir konnten durch die Nutzung eines superaktiven Katalysators auf Nickel-Kupfer-Basis bis fünf Prozent CO2-Gehalt eine erfolgreiche Katalyse betreiben“, sagt Adib Mahbub, der Erstautor der Publikation. Darunter mussten die Forschenden in die Trickkiste greifen: Durch eine Anpassung der elektrischen Potenziale und des Elektrolyten ließ sich dann sogar aus einem Gasgemisch mit nur zwei Prozent CO2 eine Reduktion durchführen.
„Das bedeutet zwar einen Energieverlust, macht uns aber durch geschickte Prozessführung erstmals Quellen zugänglich, die wir bisher nicht für die CO2-Reduktion nutzen konnten“, so Wolfgang Schuhmann. „Folgende Generationen werden auf solche Konzepte aufbauen müssen, wenn sie CO2 aus der Atmosphäre entnehmen wollen, in der der CO2-Gehalt noch geringer ist.“
Förderung
Die Arbeiten wurden finanziell unterstützt durch den Europäischen Forschungsrat ERC im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (CasCat 833408).
