Diese Idee nimmt heute konkrete Gestalt an, dank eines wissenschaftlichen Teams. Sie haben einen Katalysator auf Manganbasis entwickelt, einem gängigen und kostengünstigen Metall, der CO₂ effizient in Formiat umwandeln kann. Diese Verbindung wird als potenzielles Mittel zur Speicherung und Rückgewinnung von Wasserstoff für Brennstoffzellen untersucht.
Bild Pixabay
Die nachhaltige Herstellung von Wasserstoff stellt eine wichtige Herausforderung für die Energietechnologien von morgen dar. Derzeit basieren die gängigen Verfahren zur Gewinnung von Formiat, einem Vorläufer der in verschiedenen Industriezweigen verwendeten Ameisensäure, im Allgemeinen auf der Nutzung fossiler Brennstoffe. Daher bietet die direkte Umwandlung von atmosphärischem Kohlendioxid in diesen Stoff eine umweltfreundlichere Alternative. Sie ermöglicht es, Emissionen zu reduzieren und gleichzeitig ein verwertbares Produkt zu erzeugen.
Das Forschungsteam, bestehend aus Mitgliedern von Yale und der University of Missouri, hat seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Chem veröffentlicht. Die von Justin Wedal und Kyler Virtue unter der Aufsicht von Nilay Hazari und Wesley Bernskoetter durchgeführten Arbeiten führten zur Entwicklung eines Mangan-Katalysators, dessen aktive Lebensdauer erheblich verlängert wurde. Diese erhöhte Stabilität macht ihn sogar leistungsfähiger als viele Katalysatoren auf Basis von Edelmetallen, die normalerweise effizienter, aber auch teurer sind.
Die Langlebigkeit dieses Materials resultiert aus einer präzisen Modifikation seiner Struktur. Die Forscher fügten in das Design des Liganden, der das zentrale Metallatom umgibt und beeinflusst, ein zusätzliches Donoratom ein. Diese Anpassung verhindert den schnellen Abbau, von dem zuvor Katalysatoren auf Basis gängiger Metalle betroffen waren, und ermöglicht es ihnen so, ihre Aktivität für die Umwandlung von CO₂ aufrechtzuerhalten.
Dieser Durchbruch geht über die reine Formiatproduktion hinaus. Die Wissenschaftler geben an, dass ihr Designansatz auf andere katalytische Reaktionen angewendet werden könnte. Diese Perspektive ebnet den Weg für die Entwicklung neuer, kostengünstigerer und nachhaltigerer chemischer Verfahren, die reichlich vorhandene Materialien für verschiedene Umwandlungen nutzen.
Die potenziellen Anwendungen sind vielfältig, insbesondere im Bereich der Energiespeicherung. Das erzeugte Formiat kann als Träger für Wasserstoff dienen und dessen Transport und Nutzung in Brennstoffzellen erleichtern. Dieser Ansatz hilft, eines der Haupthindernisse für Wasserstoff als sauberen Treibstoff zu überwinden: praktische und kostengünstige Methoden für seinen großtechnischen Einsatz zu finden.
Die Finanzierung dieser Forschung erfolgte durch das US-Energieministerium. Diese Arbeit zeigt, wie Innovationen in der Grundlagenchemie zu konkreten Lösungen für aktuelle Energie- und Umweltfragen führen können, indem sie Alternativen zu herkömmlichen Industrieverfahren aufzeigen.